(57)【要約】【課題】例えば、燃料電池システムなど、一次側に液体の流体が存在する状況において、低温時に一次側の液体の流体が凍結しても、流体の制御を行うことができる制御弁を提供する。【解決手段】流体を制御弁に導入する流体導入流路１８、２２と、制御弁１０から流体を排出する流体排出流路２５と、流体が通過する弁ポート２０を有する弁座１６を備えた弁室１４と、弁座１６に対して弁体部６８を離接する方向に移動させる駆動部４０とを備え、駆動部４０によって、弁体部６８が弁座１６に対して離接する方向に移動して、弁体部６８が弁座１６の弁ポート２０を開閉するように構成された制御弁１０であって、流体導入流路１８、２２の数が、流体排出流路２５の数よりも大きく、弁閉時に流体導入流路１８、２２が全て閉止した状態となるように構成されている制御弁１０である【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を制御弁に導入する流体導入流路と、
制御弁から流体を排出する流体排出流路と、
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、
前記流体導入流路の数が、流体排出流路の数よりも大きく、
弁閉時に前記流体導入流路が全て閉止した状態となるように構成されていることを特徴とする制御弁。
【請求項２】
前記駆動部に連結され前記弁体を駆動する弁棒部材と、
前記弁体側に流体導入流路から流体が導入される流体導入室を備え、
前記流体導入室には、
前記弁棒部材に装着され、前記流体導入室と駆動部とを気密に分離するための第１の分離膜部材と、
前記弁体に装着され、前記弁室と流体導入室とを気密に分離するための第２の分離膜部材とを備え、
前記第２の分離膜部材には、前記流体導入室と弁室とを連通する連通路が形成されており、
弁閉時に前記連通路が閉止した状態となるように構成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】
前記第１の分離膜部材の有効受圧面積Ａ１と、前記第２の分離膜部材の有効受圧面積Ａ２とが略等しくなるように設定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】
前記駆動部側に流体導入流路から流体が導入される流体導入室を備え、
前記弁体に装着され、前記弁室と流体導入室とを気密に分離するための分離膜部材を備え、
前記分離膜部材には、前記流体導入室と弁室とを連通する連通路が形成されており、
弁閉時に前記連通路が閉止した状態となるように構成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５】
前記弁座に、前記流体導入流路と流体排出流路に連通する複数の弁ポートが形成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６】
前記複数の弁ポートが、前記弁座に同心円状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の制御弁。
【請求項７】
燃料電池システムの燃料電池スタックから排出される水分を含んだ反応ガスを排出する湿潤流体流路の排出経路に、請求項１から５のいずれかに記載の制御弁が配置され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、ならびに、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、地球温暖化などの地球規模の環境問題が認識されるにつれて、地球温暖化の原因となる炭酸ガスを排出するガソリンなどの化石燃料を用いた自動車などに代わり、最近では、燃料電池を用いた電気自動車などが注目されている。
【０００３】
このような、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、流体中の水分がプランジャーなどに付着することがある。
【０００４】
この際、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、プランジャーが作動不能となるおそれがあり、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。
【０００５】
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制御弁が開示されている。
【０００６】
これにより、弁室を流れる水蒸気などの水分が、駆動空間に浸入して、弁体の駆動機構であるプランジャー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するように構成されている。
【０００７】
一方、従来、燃料電池システムとしては、特許文献２（特開２００９−１５８３７９号公報）などに開示されており、概略、図１３に示したような燃料電池システムが採用されている。
【０００８】
なお、図１３の燃料電池システム２００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２０２を備えている。
【０００９】
この燃料電池スタック２０２には、燃料ガス供給源である水素タンク２０４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）２０６を備えている。また、燃料電池スタック２０２には、酸化剤ガスである空気が、コンプレッサ２０８を介して供給されるカソード（空気極）２１０が備えられている。
【００１０】
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２０４に貯留されており、水素タンク２０４から供給される高圧水素ガスは、水素圧力調整弁２１２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２１４を介して、アノード２０６へ供給される。
【００１１】
アノード２０６で消費されなかった余剰の水素ガスは、水素循環ポンプ２１６を介して、水素循環流路２１８によって、水素供給流路２１４に還流されて、水素タンク２０４から供給される新たな水素ガスと混合され、アノード２０６へ供給されるようになっている。
【００１２】
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２０８を介して圧縮され、この圧縮された空気が、空気供給流路２２０を介して、カソード２１０へ供給されるようになっている。
【００１３】
そして、カソード２１０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２２２を介して排出されるようになっている。
【００１４】
また、燃料電池スタック２０２には、燃料電池スタック２０２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回路が設けられている。すなわち、ラジエータ２２４で冷却された流体が、冷却水ポンプ２２６を介して、冷却流体循環経路２２８、２３０を循環し、燃料電池スタック２０２を冷却している。
【００１５】
また、水素循環流路２１８には、気液分離器２３２が配設されており、この気液分離器２３２によって、燃料電池スタック２０２から排出される流体に含まれる水蒸気が、液体の水（以下、単に「液水」と言う）として分離されるようになっている。
【００１６】
この気液分離器２３２によって分離された余剰の水素ガス（余剰の水素ガスに含まれる窒素ガスも含む）などの気体の一部は、水素循環流路２１８から分岐した排出経路２３４を通り、排出経路２３４を開閉するための、例えば、電磁弁を用いたパージ弁２３６を介して外部に排出されるようになっている。
【００１７】
さらに、気液分離器２３２によって分離された余剰の水素ガス（余剰の水素ガスに含まれる窒素ガスも含む）の大半は、水素循環流路２１８を介して、水素供給流路２１４に還流されるようになっている。
【００１８】
一方、気液分離器２３２によって分離された液水は、水捨弁２３８を介して外部に排出されるように構成されている。
【００１９】
また、特許文献３（特開２００６−２２１９４７号公報）には、燃料電池システムにおいて、燃料オフガスの流路に接続され、燃料オフガス（余剰の水素ガスと、空気に含まれていた窒素ガスとを含む）の気液分離を行う気液分離装置が開示されている。
【００２０】
この気液分離装置は、内部に燃料オフガスを一時的に滞留するタンクを備えており、このタンクには、燃料オフガス入り口と、燃料オフガス出口と、タンク内部に溜まった水を外部に排出するドレンバルブが設けられている。
そして、燃料オフガス入り口に対向するように、遮蔽板部材が設けられており、燃料オフガスに含まれる水分が、この遮蔽板部材により補水されタンクの下方に溜まるように構成されている。
【００２１】
このタンクの下部に溜まった水が一定の水位になった際に、液面センサーにより検知され、ドレンバルブを介して、外部に排出されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２００８−２３２３５２号公報
【特許文献２】特開２００９−１５８３７９号公報
【特許文献３】特開２００６−２２１９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、特許文献１に開示された制御弁は、制御弁に導入される流体（一次側の流体）は、主に気体や水蒸気を対象としており、液体の流体は考慮されていない。そのため、一次側に液体の流体が存在する状況においては、低温時に一次側の液体の流体が凍結すると、一次側の流体を二次側に流すことができなくなる。
【００２４】
一方、特許文献２などに開示された燃料電池システム２００では、気液分離器２３２において気液分離後の気体と、液水を排出するために、それぞれ、ガス用のパージ弁２３６と、液水用の水捨弁２３８の２つの弁を用いており、そのため、コストが増大し、これらの制御弁を別々に制御しなければならず、システムが複雑となってしまう。
【００２５】
本発明は、このような現状に鑑み、例えば、燃料電池システムなど、一次側に液体の流体が存在する状況において、低温時に一次側の液体の流体が凍結しても、流体の制御を行うことができる制御弁を提供することを目的とする。
【００２６】
また、本発明は、例えば、燃料電池システムなどにおいて、1つの制御弁で、一次側の気体と液体の流体とを、同時に制御することができ、燃料電池システムに複数の制御弁を用いる必要がなくなり、システムを簡素化でき、コストも低減できる制御弁を提供することを目的とする。
【００２７】
さらに、本発明は、弁室を流れる水蒸気などの水分が、駆動空間に浸入して、弁体の駆動機構であるプランジャー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することができる制御弁を提供することを目的とする。
【００２８】
また、ヒーターなどの外部動力を用いることなく、低温環境下に放置された場合であっても流体の制御を行うことが可能であり、省エネルギーや環境負荷への低減にも貢献することが可能な制御弁を提供することを目的とする。
【００２９】
さらに、本発明は、このような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】
【００３０】
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、
流体を制御弁に導入する流体導入流路と、
制御弁から流体を排出する流体排出流路と、
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、
前記流体導入流路の数が、流体排出流路の数よりも大きく、
弁閉時に前記流体導入流路が全て閉止した状態となるように構成されていることを特徴とする。
【００３１】
このように構成することによって、流体導入流路の数が、流体排出流路の数よりも大きく、弁閉時に流体導入流路が全て閉止した状態となるので、例えば、燃料電池システムなど、液体の流体が存在する状況において、低温時に制御弁の一次側の流体が液体である流体導入流路で流体が凍結しても、凍結していない残りの流体導入流路を介して、流体を制御することができる。
【００３２】
また、例えば、燃料電池システムなどにおいて、1つの制御弁で、一次側の気体と液体の流体とを、同時に制御することができる。従って、燃料電池システムに複数の制御弁を用いる必要がなくなり、システムを簡素化でき、コストも低減できる制御弁を提供することができる。
【００３３】
また、本発明の制御弁は、
前記駆動部に連結され前記弁体を駆動する弁棒部材と、
前記弁体側に流体導入流路から流体が導入される流体導入室を備え、
前記流体導入室には、
前記弁棒部材に装着され、前記流体導入室と駆動部とを気密に分離するための第１の分離膜部材と、
前記弁体に装着され、前記弁室と流体導入室とを気密に分離するための第２の分離膜部材とを備え、
前記第２の分離膜部材には、前記流体導入室と弁室とを連通する連通路が形成されており、
弁閉時に前記連通路が閉止した状態となるように構成されていることを特徴とする。
【００３４】
このように構成することによって、弁開状態において、流体導入室と弁室との間が、弁室と流体導入室とを気密に分離するための第２の分離膜部材に形成された連通路を介して連通した状態となる。
【００３５】
従って、例えば、低温時に液体の流体が凍結して流体導入流路が閉塞されたとしても、凍結していない残りの流体導入流路から、流体導入室に導入された流体を、二次側である流体排出流路を介して確実に排出することができる。
【００３６】
これにより、例えば、燃料電池システムなど、液体の流体が存在する状況において、低温時に制御弁の一次側の流体が液体である流体導入流路で流体が凍結しても、凍結していない残りの流体導入流路を介して、流体を制御することができる。
【００３７】
また、流体導入室には、弁棒部材に装着され、流体導入室と駆動部とを気密に分離するための第１の分離膜部材を備えているので、第１の分離膜部材によって、流体導入室を流れる水蒸気などの水分が、駆動空間に浸入することがなく、弁体の駆動機構であるプランジャー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することがで
【００３８】
また、ヒーターなどの外部動力を用いることなく、低温環境下に放置された場合であっても流体の制御を行うことが可能であり、省エネルギーや環境負荷への低減にも貢献することが可能な制御弁を提供するができる。
【００３９】
また、本発明の制御弁は、前記第１の分離膜部材の有効受圧面積Ａ１と、前記第２の分離膜部材の有効受圧面積Ａ２とが略等しくなるように設定されていることを特徴とする。
【００４０】
このように構成することによって、弁閉時において、流体導入室は、第１の分離膜部材に対して弁開方向に働く荷重と、第２の分離膜部材に対して弁閉方向に働く荷重とが、バランスされた状態となっている。
【００４１】
すなわち、第１の分離膜部材の有効受圧面積をＡ１、一次側である流体導入流路から流体導入室に導入される流体の流体圧力をＰ１、
第２の分離膜部材の有効受圧面積をＡ２、二次側である流体排出流路の流体の圧力をＰ２、
駆動空間の圧力Ｐ３とした場合に、下記の関係が成立する。
【００４２】
第１の分離膜部材に対して、弁開方向に働く荷重Ｆ＝Ａ１×（Ｐ１−Ｐ３）
第２の分離膜部材に対して、弁閉方向に働く荷重ｆ＝Ａ２×（Ｐ１−Ｐ２）
ここで、第１の分離膜部材の有効受圧面積Ａ１と、第２の分離膜部材の有効受圧面積Ａ２とが略等しくなるように設定されているので、Ａ１＝Ａ２である。
【００４３】
また、二次側である流体排出流路の流体の圧力Ｐ２と、駆動空間の圧力Ｐ３とが、大気圧であり、略等しい状態となっており、Ｐ２＝Ｐ３である。
【００４４】
従って、Ｆ＝Ａ１×（Ｐ１−Ｐ３）＝Ａ２×（Ｐ１−Ｐ２）＝ｆ
となり、弁開荷重Ｆと弁閉荷重ｆは、それぞれ逆方向に働く荷重のため、Ｆとｆがつり合ってバランスされた状態となる。
【００４５】
これにより、弁の作動が、一次側である流体導入流路から流体導入室に導入される流体の圧力Ｐ１の影響を受けることがなくなる。
【００４６】
従って、駆動部の小さい駆動力によって、弁の開閉を確実に行うことができる。例えば、制御弁として、電磁弁に適用した場合に、プランジャーバネの荷重を小さくすることが可能になり、コイルの小型化や性能の向上が図れる。
【００４７】
また、本発明の制御弁は、
前記駆動部側に流体導入流路から流体が導入される流体導入室を備え、
前記弁体に装着され、前記弁室と流体導入室とを気密に分離するための分離膜部材を備え、
前記分離膜部材には、前記流体導入室と弁室とを連通する連通路が形成されており、
弁閉時に前記連通路が閉止した状態となるように構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、弁開状態において、流体導入室と弁室との間が、弁室と流体導入室とを気密に分離するための分離膜部材に形成された連通路を介して連通した状態となる。
【００４９】
従って、例えば、低温時に液体の流体が凍結して流体導入流路が閉塞されたとしても、凍結していない残りの流体導入流路から、流体導入室に導入された流体を、二次側である流体排出流路を介して確実に排出することができる。
【００５０】
これにより、例えば、燃料電池システムなど、液体の流体が存在する状況において、低温時に制御弁の一次側の流体が液体である流体導入流路で流体が凍結しても、凍結していない残りの流体導入流路を介して、流体を制御することができる。
【００５１】
しかも、駆動部側に流体導入流路から導入された流体のための流体導入室を形成するだけで良く、１つの分離膜部材を備えるだけで良いので、複雑な構成となることなく、制御弁を小型化することができる。
【００５２】
また、本発明の制御弁は、前記弁座に、前記流体導入流路と流体排出流路に連通する複数の弁ポートが形成されていることを特徴とする。
【００５３】
このように構成することによって、弁開状態において、弁座に形成された複数の弁ポートを介して、弁室と流体導入流路と流体排出流路との間が、連通した状態となる。
【００５４】
従って、例えば、低温時に液体の流体が凍結して流体導入流路が閉塞されたとしても、凍結していない残りの流体導入流路から導入された流体を、二次側である流体排出流路を介して確実に排出することができる。
【００５５】
これにより、例えば、燃料電池システムなど、液体の流体が存在する状況において、低温時に制御弁の一次側の流体が液体である流体導入流路で流体が凍結しても、凍結していない残りの流体導入流路を介して、流体を制御することができる。
【００５６】
しかも、弁体側に流体導入流路から流体が導入される流体導入室を形成したり、駆動部側に流体導入流路から導入された流体のための流体導入室を形成する必要がないので、複雑な構成とならず、制御弁を小型化することができるとともに、分離膜部材を備える必要がないので、部品点数も少なく、コストを低減することができる。
【００５７】
また、本発明の制御弁は、前記複数の弁ポートが、前記弁座に同心円状に形成されていることを特徴とする。
【００５８】
このように構成することによって、複数の弁ポートを弁座に同心円状に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。
【００５９】
また、本発明の燃料電池システムは、燃料電池システムの燃料電池スタックから排出される水分を含んだ反応ガスを排出する湿潤流体流路の排出経路に、前述のいずれかに記載の制御弁が配置されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００６０】
本発明によれば、流体導入流路の数が、流体排出流路の数よりも大きく、弁閉時に流体導入流路が全て閉止した状態となるので、例えば、燃料電池システムなど、液体の流体が存在する状況において、低温時に制御弁の一次側の流体が液体である流体導入流路で流体が凍結しても、凍結していない残りの流体導入流路を介して、流体を制御することができる。
【００６１】
また、例えば、燃料電池システムなどにおいて、1つの制御弁で、一次側の気体と液体の流体とを、同時に制御することができる。従って、燃料電池システムに複数の制御弁を用いる必要がなくなり、システムを簡素化でき、コストも低減できる制御弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、本発明の制御弁の弁閉状態の縦断面図である。
【図２】図２は、図１の制御弁の弁閉時の圧力バランスの状態を説明する部分拡大断面図である。
【図３】図３は、図１の制御弁の弁閉時の流体の流れを説明する部分拡大断面図である。
【図４】図４は、図１の制御弁の弁開時の流体の流れを説明する部分拡大断面図である。
【図５】図５は、図１の制御弁の弁開時において、一部の流体導入流路を流れる液体の流体が凍結した状態の流体の流れを説明する部分拡大断面図である。
【図６】図６は、図１〜図５の制御弁１０を、燃料電池システムの湿潤流体流路に配置した実施例を示す燃料電池システムの概略図である。
【図７】図７は、図１〜図５の制御弁１０を、図６に示した燃料電池システムの湿潤流体流路に配置した気液分離装置として適用した状態を説明する概略図である。
【図８】図８は、本発明の別の実施例の制御弁の概略を示す縦断面図である。
【図９】図９は、本発明の別の実施例の制御弁の概略を示す縦断面図である。
【図１０】図１０は、図９のＨ−Ｈ線での断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の別の実施例の制御弁の概略を示す縦断面図である。
【図１２】図１２は、図１２は、図１１のＩ−Ｉ線での断面図である。
【図１３】図１３は、従来の燃料電池システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
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】
【００６４】
図１は、本発明の制御弁の弁閉状態の縦断面図、図２は、図１の制御弁の弁閉時の圧力バランスの状態を説明する部分拡大断面図、図３は、図１の制御弁の弁閉時の流体の流れを説明する部分拡大断面図、図４は、図１の制御弁の弁開時の流体の流れを説明する部分拡大断面図、図５は、図１の制御弁の弁開時において、一部の流体導入流路を流れる液体の流体が凍結した状態の流体の流れを説明する部分拡大断面図である。
【００６５】
図１〜図５において、符号１０は、全体で本発明の制御弁を示している。
なお、この実施例の制御弁１０は、一例として、電磁弁に適用した場合を示している。しかしながら、制御弁１０として、電動弁などその他の駆動部４０を有する制御弁にも適用可能である。
【００６６】
また、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。
【００６７】
この実施例の制御弁１０は、図１に示したように、ハウジング１２を備えており、このハウジング１２には、ハウジング１２の中央部分を凹設することによって、凹部１２ａが設けられて、弁室１４が形成されている。そして、この弁室１４の底部の略中央部分には、上方に突設するように弁座１６が形成されている。
【００６８】
そして、ハウジング１２の側方には、第１の流体流路１８が形成されている。また、ハウジング１２には、弁座１６に形成された弁ポート２０に連通する、第２の流体流路２２が形成されている。さらに、弁室１４の底部には、第３の流体流路２５が形成されている。
【００６９】
さらに、ハウジング１２には、図１、図２に示したように、ハウジング１２に凹設された凹部１２ａを閉塞し、弁室１４を画成するように、略円筒形状の弁本体２４が装着されている。この弁本体２４は、本体部２６と、この本体部２６から垂下するように形成された側壁２８とを備えている。
【００７０】
また、弁本体２４の本体部２６の内径側には、貫通孔部３０が形成され、この貫通孔部３０と連通する、貫通孔部３０より大径の貫通孔部３２が、側壁２８の内径側に形成されている。そして、図２の拡大断面図に示したように、弁本体２４の側壁２８には、第１の流体流路１８のポート１８ａと連通するように、連通路３４が形成されている。
【００７１】
また、図２の拡大断面図に示したように、弁本体２４の本体部２６の外周に形成されたシール溝内に嵌着したシール部材３３と、弁本体２４の側壁２８の外周に形成されたシール溝内に嵌着したシール部材３５によって、連通路３４がシールされている。
【００７２】
また、弁本体２４の側壁２８の内径側に形成された貫通孔部３２内には、略円筒形状のシール金具３６が嵌合されており、このシール金具３６の下方には、略円筒形状の固定金具３８が嵌合されている。そして、この固定金具３８の下端外周と、弁本体２４の側壁２８の下端内周とが、例えば、ろう付け、溶着、カシメ加工などにより固定されている。
【００７３】
一方、図１に示したように、弁本体２４の本体部２６の上部には、駆動部４０が、固定されており、この駆動部４０は、プランジャーチューブ４２を備えており、プランジャーチューブ４２の下端が、図２に示したように、弁本体２４の本体部２６に形成にされた貫通孔部３０の内径部に、例えば、ろう付け、溶着、カシメ加工などにより固定されている。
【００７４】
そして、このプランジャーチューブ４２の内部に、プランジャー４４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４２の上端部には、吸引子４６が装着されている。
【００７５】
また、プランジャー４４と吸引子４６との間に、プランジャーバネ４５が圧縮状態で介装され、プランジャー４４を吸引子４６から離間する方向に付勢するように構成されている。
【００７６】
さらに、後述するように、弁体を構成する第２の分離膜部材６６の弁体部６８を駆動するために、プランジャー４４の下端４４ｄには、インサート金具４８と一体の弁棒部材５０がカシメ固定されている。
【００７７】
一方、プランジャーチューブ４２の外周には、吸引子４６の上部に形成された締結ネジ５２に、ナット５４を締め付けることによって、電磁コイル５６が外函部材５８とともに固定されている。そして、電磁コイル５６の周囲が、モールド樹脂５５によってモールドされている。
【００７８】
また、弁本体２４の側壁２８の内径側に形成された貫通孔部３２内には、シール金具３６と、シール金具３６の下方の固定金具３８で囲まれた部分に、すなわち、弁体側に流体導入流路から導入された流体のための流体導入室６０が形成されている。
【００７９】
さらに、弁棒部材５０に装着され、流体導入室６０と駆動部４０とを気密に分離するための第１の分離膜部材６２を備えている。
【００８０】
すなわち、図２に示したように、ダイヤフラムから構成される第１の分離膜部材６２の内周側の端部６２ａを、弁棒部材５０のフランジ５０ａと、プランジャー４４の下端４４ｄとの間で挟持することによって、弁棒部材５０に固定されている。
【００８１】
また、第１の分離膜部材６２の外周側の端部６２ｂを、弁本体２４の本体部２６の内径側に形成された段部２６ａと、シール金具３６の上端に形成された段部３６ａとの間で挟持することによって、第１の分離膜部材６２が弁本体２４に固定されている。
【００８２】
また、流体導入室６０には、弁棒部材５０の下端６４に装着され、弁室１４と流体導入室６０とを気密に分離するために、ダイヤフラムから構成される第２の分離膜部材６６を備えている。
【００８３】
すなわち、図２に示したように、第２の分離膜部材６６は、第２の分離膜部材６６の外周部に形成した固定部６６ａを、シール金具３６の下端３６ｂと、固定金具３８の上端に形成された段部３８ａとの間で挟持することによって固定されている。
【００８４】
さらに、第２の分離膜部材６６は、分離膜部６６ｂと、弁棒部材５０の下端６４に固着される弁体部６８とを備えている。すなわち、図２に示したように、弁体部６８には、内周側に突設するフランジ部６８ａを備えており、このフランジ部６８ａを、弁棒部材５０の下端６４の固定溝６４ａ内に固着することによって、第２の分離膜部材６６の弁体部６８が、弁棒部材５０の下端６４に固定されている。
【００８５】
このように構成することによって、図２に示したように、弁本体２４の側壁２８の内径側に形成された貫通孔部３２内に、シール金具３６と、第１の分離膜部材６２と、第２の分離膜部材６６とで囲まれた部分に、第１の流体流路１８から流体が導入される流体導入室６０が形成されている。
【００８６】
また、弁本体２４の側壁２８に形成された連通路３４と連通するように、シール金具３６には、流体導入室６０と連通する連通路７０が形成されている。さらに、第２の分離膜部材６６の弁体部６８の下端には、流体導入室６０と弁室１４とを連通する連通路７２が形成されている。
【００８７】
なお、この場合、図２に示したように、第２の分離膜部材６６の弁体部６８に形成された連通路７２は、複数個（この実施例の場合には、２個）設けられているが、その数、配置などは、特に限定されるものではない。
【００８８】
一方、図２に示したように、弁棒部材５０の下端６４には、流体導入室６０と、第２の分離膜部材６６の弁体部６８の連通路７２と連通する連通路７４が形成されている。
【００８９】
すなわち、図２に示したように、連通路７４は、弁棒部材５０の下端６４を横方向に貫通する貫通孔６４ｂを備えている。そして、この貫通孔６４ｂから軸方向に延びた軸孔部６４ｃと、下端において、第２の分離膜部材６６の弁体部６８の連通路７２に対峙するよう形成された拡径孔部６４ｄを備えている。
【００９０】
このように構成することによって、図２、図３に示したように、第１の流体流路１８のポート１８ａから、弁本体２４の側壁２８に形成された連通路３４、シール金具３６に形成された連通路７０を介して、流体導入室６０に至る連通路が形成されている。
【００９１】
さらに、この流体導入室６０から、弁棒部材５０の下端６４に形成された連通路７４、第２の分離膜部材６６の弁体部６８の連通路７２を介して、弁室１４に至る連通路が形成されていることになる。
【００９２】
一方、図１に示したように、プランジャー４４には、貫通孔４４ａが形成されており、この貫通孔４４ａに連通するように、インサート金具４８にも貫通孔４８ａが形成されている。
【００９３】
そして、インサート金具４８の貫通孔４８ａは、弁棒部材５０の上方において横方向に形成された連通孔５０ｂに連通している。さらに、この弁棒部材５０の連通孔５０ｂは、プランジャー４４の下方に横方向に形成され連通孔４４ｂを介して、プランジャー４４の下方側方に形成された駆動部側空間７５に連通するようになっている。
【００９４】
このように構成することによって、プランジャー４４の下方側方に形成された駆動部側空間７５と、プランジャー４４と吸引子４６との間に形成された空間７６とが、プランジャー４４の貫通孔４４ａ、インサート金具４８の貫通孔４８ａ、弁棒部材５０の連通孔５０ｂ、プランジャー４４の下方の横方向の連通孔４４ｂを介して連通して、均圧された状態となっている。
【００９５】
その結果、電磁コイル５６の作動によるプランジャー４４の上下方向の移動が円滑に行われるようになっている。
【００９６】
なお、図１に示したように、吸引子４６の下端に設けられた溝４６ａには、プランジャー４４が吸引子４６に当接した際の衝撃、振動などを和らげるための、例えば、ゴムなどの緩衝部材からなるバッファープレート部材７８が設けられている。
【００９７】
また、プランジャーチューブ４２の外周と、電磁コイル５６と、外函部材５８との間には、磁性部材からなる断面略Ｌ字形状の下コイルガイド８０が設けられており、これにより磁路が形成され、電磁コイル５６作動による吸引子４６へのプランジャー４４の吸引力が促進されるようになっている。
【００９８】
なお、ダイヤフラムから構成される第１の分離膜部材６２、第２の分離膜部材６６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、金属などを適宜変更して用いることができる。
【００９９】
このように構成される本発明の制御弁１０について、その作動について以下に説明する。
【０１００】
図１は、電磁コイル５６には通電されておらず、プランジャー４４と吸引子４６との間に介装されたプランジャーバネ４５によって、プランジャー４４を吸引子４６から離間する方向に付勢された状態である。
【０１０１】
この状態では、プランジャー４４に固定された弁棒部材５０が下方に移動して、図１〜図３に示したように、弁棒部材５０の下端６４に固着された第２の分離膜部材６６の弁体部６８が、弁座１６に当接して、弁座１６に形成された弁ポート２０が閉止されるようになっている。
【０１０２】
これにより、例えば、液体の流体が導入される流体導入流路を構成する第２の流体流路２２が閉止されるようになっている。
【０１０３】
また、この状態では、図２、図３に示したように、第２の分離膜部材６６に形成された連通路７２が、弁座１６に当接して閉止された状態となっている。これにより、流体が導入される流体導入流路を構成する第１の流体流路１８が、閉止された状態となっている。
【０１０４】
さらに、二次側である流体排出流路を構成する、弁室１４の底部に形成された第３の流体流路２５が、第１の流体流路１８および第２の流体流路２２に対して閉止された状態となっている。
【０１０５】
従って、弁閉時にこれらの流体導入流路（第１の流体流路１８、第２の流体流路２２、第３の流体流路２５）が、全て閉止した状態となるように構成されている。
【０１０６】
なお、流体導入流路の数は、第１の流体流路１８、第２の流体流路２２の合計２個であり、流体排出流路の数（第３の流体流路２５の１個である）１個よりも大きくなっている。
【０１０７】
この場合、図２、図３に示したように、ハウジング１２の側方に形成した第１の流体流路１８が、流体が導入される流体導入流路を構成しており、その流体圧力がＰ１となっている。
【０１０８】
一方、二次側である流体排出流路を構成する第３の流体流路２５の流体の圧力がＰ２となっている。さらに、駆動部側空間７５の圧力がＰ３となっている。
【０１０９】
そして、図２に示したように、第１の分離膜部材６２の有効受圧面積Ａ１と、第２の分離膜部材６６の有効受圧面積Ａ２とが略等しくなるように設定されている。これにより、下記の関係が成立する。
【０１１０】
第１の分離膜部材６２に対して、弁開方向に働く荷重Ｆ＝Ａ１×（Ｐ１−Ｐ３）
第２の分離膜部材６６に対して、弁閉方向に働く荷重ｆ＝Ａ２×（Ｐ１−Ｐ２）
ここで、第１の分離膜部材６２の有効受圧面積Ａ１と、第２の分離膜部材６６の有効受圧面積Ａ２とが略等しくなるように設定されているので、Ａ１＝Ａ２である。
【０１１１】
また、二次側である流体排出流路（第３の流体流路２５）の流体の圧力Ｐ２と、駆動空間７５の圧力Ｐ３とが、大気圧であり、略等しい状態となっており、Ｐ２＝Ｐ３である。
【０１１２】
従って、Ｆ＝Ａ１×（Ｐ１−Ｐ３）＝Ａ２×（Ｐ１−Ｐ２）＝ｆ
となり、弁開荷重Ｆと弁閉荷重ｆは、それぞれ逆方向に働く荷重のため、Ｆとｆがつり合ってバランスされた状態となる。
【０１１３】
これにより、弁の作動が、一次側である流体導入流路である、第１の流体流路１８から流体導入室６０に導入される流体の流体圧力Ｐ１の影響を受けることがなくなる。
【０１１４】
従って、駆動部４０の小さい駆動力によって、弁の開閉を確実に行うことができる。例えば、制御弁として、電磁弁に適用した場合に、プランジャーバネ４５の荷重を小さくすることが可能になり、コイルの小型化や性能の向上が図れる。
【０１１５】
一方、図４に示したように、電磁コイル５６に通電することによって、プランジャーバネ４５の付勢力に抗して、プランジャー４４が吸引子４６に吸着され、プランジャー４４に固定された弁棒部材５０が上方に移動し、弁棒部材５０の下端６４に固着された第２の分離膜部材６６の弁体部６８が、弁座１６から離間して、弁座１６に形成された弁ポート２０が開放されるようになっている。
【０１１６】
これにより、液体の流体が導入される流体導入流路を構成する第２の流体流路２２が開放されるようになっている。
【０１１７】
また、この状態では、図４に示したように、第２の分離膜部材６６に形成された連通路７２が、弁座１６から離間して開放された状態となっている。これにより、流体が導入される流体導入流路を構成する第１の流体流路１８が、開放された状態となっている。
【０１１８】
さらに、二次側である流体排出流路を構成する、弁室１４の底部に形成された第３の流体流路２５が、第１の流体流路１８および第２の流体流路２２に対して開放された状態となっている。
【０１１９】
この状態では、図４の矢印Ａで示したように、流体導入流路を構成する第１の流体流路１８から導入された流体が、第１の流体流路１８のポート１８ａから、弁本体２４の側壁２８の連通路３４、シール金具３６の連通路７０を介して、流体導入室６０へ導入される。
【０１２０】
そして、流体導入室６０へ導入された流体は、弁棒部材５０の下端６４に形成された連通路７４、第２の分離膜部材６６の弁体部６８の連通路７２を介して、弁室１４に至る。
【０１２１】
この流体導入室６０からの流体が、図４の矢印Ｂで示したように、弁座１６を通過する際に、例えば、液体の流体が導入される流体導入流路を構成する第２の流体流路２２の液体が、弁座１６に形成された弁ポート２０を通過して合流されることになる。
【０１２２】
そして、この合流された液体を含んだ流体が、図４の矢印Ｃで示したように、二次側である流体排出流路を構成する、弁室１４の底部に形成された第３の流体流路２５を介して、制御弁１０から排出されるようになっている。
【０１２３】
ところで、本発明の制御弁１０を、例えば、燃料電池システムなど、液体の流体が存在する状況において、低温時に制御弁の一次側の流体が液体である第２の流体流路２２の液体の流体が、図５の符号Ｄで示したように、凍結してしまうおそれがある。
【０１２４】
この場合にも、本発明の制御弁１０では、図５の矢印Ｅに示したように、第１の流体流路１８から導入された流体が、第１の流体流路１８のポート１８ａから、弁本体２４の側壁２８の連通路３４、シール金具３６の連通路７０を介して、流体導入室６０へ導入される。
【０１２５】
そして、流体導入室６０へ導入された流体は、弁棒部材５０の下端６４に形成された連通路７４、第２の分離膜部材６６の弁体部６８の連通路７２を介して、弁室１４に至る。
【０１２６】
さらに、この第２の分離膜部材６６の弁体部６８の連通路７２を通過した流体が、図５の矢印Ｆで示したように、二次側である流体排出流路を構成する、弁室１４の底部に形成された第３の流体流路２５を介して、制御弁１０から排出されるようになっている。
【０１２７】
また、弁開状態において、流体導入室６０と弁室１４との間が、弁室１４と流体導入室６０とを気密に分離するための第２の分離膜部材６６に形成された連通路７２を介して連通した状態となる。
【０１２８】
従って、例えば、燃料電池システムなど、液体の流体が存在する状況において、低温時に制御弁の一次側の流体が液体である（この実施例の場合には、第２の流体流路２２の液体の流体）第２の流体流路２２が凍結しても、凍結していない残りの流体導入流路（第１の流体流路１８）を介して、流体を制御することができる。
【０１２９】
また、流体導入室６０には、弁棒部材５０に装着され、弁室１４と駆動部４０とを気密に分離するための第１の分離膜部材６２を備えているので、第１の分離膜部材６２によって、弁室１４を流れる水蒸気などの水分が、駆動空間に浸入することがなく、弁体の駆動機構であるプランジャー４４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することができる。
【０１３０】
また、ヒーターなどの外部動力を用いることなく、低温環境下に放置された場合であっても流体の制御を行うことが可能であり、省エネルギーや環境負荷への低減にも貢献することが可能な制御弁１０を提供することができる。
【０１３１】
また、例えば、燃料電池システムなどにおいて、1つの制御弁１０で、一次側の気体（第１の流体流路１８の流体）と液体の流体（第２の流体流路２２の液体の流体とを、同時に制御弁の二次側（第３の流体流路２５）に流すことができ、燃料電池システムに複数の制御弁を用いる必要がなくなり、システムを簡素化でき、コストも低減できる制御弁１０を提供することができる。
【０１３２】
なお、この実施例では、後述の図７に示したように、第１の流体流路１８と第２流体流路２２が、タンク槽１０４で連通しているため、第１の流体流路１８の圧力Ｐ１と、第２流体流路２２の圧力Ｐ４とは等しい圧力となる。そのため、図２に示したように、第１の分離膜部材６２の有効受圧面積Ａ１と、第２の分離膜部材６６の有効受圧面積Ａ２とが略等しくなるように設定されており、これにより、弁開荷重Ｆと弁閉荷重ｆが、つり合ってバランスされた状態となっている。
【０１３３】
しかしながら、第１の流体流路１８の圧力Ｐ１と、第２流体流路２２の圧力Ｐ４が異なる場合であっても、第１の分離膜部材６２の有効受圧面積Ａ１と、第２の分離膜部材６６の有効受圧面積Ａ２とが略等しくなるように設定すれば、同様な効果を得ることができる。
【０１３４】
すなわち、弁ポート２０のポート径は、第１の分離膜部材６２の有効受圧面積Ａ１と、第２の分離膜部材６６の有効受圧面積Ａ２に対して十分小さいため、第２の流体流路２２の流体圧力Ｐ４により第２の分離膜部材６６の弁体部６８に作用する弁開方向の荷重は、比較的小さいからである。
【０１３５】
しかしながら、予め、第２の流体流路２２の流体の圧力Ｐ４の値が決まっているのであれば、この第２の流体流路２２の流体の圧力Ｐ４に応じて、第１の流体流路１８の圧力Ｐ１が作用する第２の分離膜部材６６の有効受圧面積Ａ２を大きく設定することが好ましい。これにより、第１の流体流路１８の圧力Ｐ１と、第２流体流路２２の圧力Ｐ４とは等しい圧力となっている場合と同様に、弁開荷重Ｆと弁閉荷重ｆが、つり合った状態とすることができる。
【０１３６】
なお、この実施例では、流体導入流路の数が、第１の流体流路１８、第２の流体流路２２の合計２個であり、流体排出流路の数（第３の流体流路２５の１個である）１個としてが、その数は限定されるものではなく、流体導入流路の数が、流体排出流路の数よりも大きくなるように適宜設定することができる。
【０１３７】
また、この実施例では、第１の流体流路１８、第２の流体流路２２を、一次側の流体導入流路とし、第３の流体流路２５を流体排出流路としたが、流体導入流路の数が、流体排出流路の数よりも大きくなるように設定されていれば、その流れ方向は適宜選択できる。
【実施例２】
【０１３８】
図６は、図１〜図５の制御弁１０を、燃料電池システムの湿潤流体流路に配置した実施例を示す燃料電池システムの概略図、図７は、図１〜図５の制御弁１０を、図６に示した燃料電池システムの湿潤流体流路に配置した気液分離装置として適用した状態を説明する概略図である。
【０１３９】
この実施例の制御弁１０は、図１〜図５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。
【０１４０】
また、図６の燃料電池システムにおいて、図１３に示した燃料電池システムと同じ構成部材には、同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１４１】
この実施例の燃料電池システム２００においては、水素循環流路２１８には、気液分離器２３２が配設されており、この気液分離器２３２によって、燃料電池スタック２０２から排出される流体に含まれる水蒸気が、液水として分離されるようになっている。
【０１４２】
この気液分離器２３２によって分離された余剰の水素ガス（余剰の水素ガスに含まれる窒素ガスも含む）などの気体の一部は、本発明の制御弁１０の一次側の流体導入流路である第１の流体流路１８に導入されるように構成されている。また、気液分離器２３２によって分離された液水は、本発明の制御弁１０の一次側の流体導入流路である第２の流体流路２２に導入されるように構成されている。
【０１４３】
そして、本発明の制御弁１０において、第１の流体流路１８から導入された余剰の水素ガス（余剰の水素ガスに含まれる窒素ガスも含む）などの気体の一部と、第２の流体流路２２から導入された液水は、前述の実施例１で説明したように合流され、二次側の流体排出流路である第３の流体流路２５を介して、外部に排出されるようになっている。
【０１４４】
一方、気液分離器２３２によって分離された余剰の水素ガス（余剰の水素ガスに含まれる窒素ガスも含む）の大半は、水素循環流路２１８を介して、水素供給流路２１４に還流されるようになっている。
【０１４５】
また、図６の燃料電池システム２００において、一点鎖線で囲んだ部分が、図７に示した気液分離装置１００を構成している。
【０１４６】
すなわち、この気液分離装置１００は、図７に示したように、気液分離タンク１０２と、気液分離タンク１０２の側部に固定された本発明の制御弁１０とを備えている。
【０１４７】
図７に示したように、気液分離タンク１０２には、タンク槽１０４が設けられており、タンク槽１０４には、制御弁１０が接続された側壁１０６側と反対側の側壁１０８に、水素循環流路２１８の上流側２１７が接続される流体導入開口部１１０が形成されている。
【０１４８】
また、気液分離タンク１０２には、頂板部１１２が設けられている。そして、この頂板部１１２には、当接部材１１４が、流体導入開口部１１０と対峙するように垂下して設けられている。
【０１４９】
すなわち、水素循環流路２１８の上流側２１７から流体導入開口部１１０を介して、タンク槽１０４に導入される水蒸気を含んだ余剰の水素ガスなどの気体（気液混合状態の流体）が、図７の矢印Ｇで示したように、この当接部材１１４に当接する。
【０１５０】
これにより、気液混合状態の流体が気液分離され、気体に含まれる水蒸気が結露して液水となり、図７に示したように、タンク槽１０４の底部１１６に滴下して、滞留するように構成されている。
【０１５１】
なお、この場合、当接部材１１４の材質としては、特に限定されるものではなく、金属、セラミック、樹脂などから構成できる。
【０１５２】
このように当接部材１１４で結露して、タンク槽１０４の底部１１６に滞留した液水は、タンク槽１０４の底部１１６に形成された液体排出開口部１１８を介して、液体排出流路１２０から、本発明の制御弁１０の一次側の流体導入流路である第２の流体流路２２に導入されるように構成されている。
【０１５３】
また、当接部材１１４で水分が除去された、余剰の水素ガス（余剰の水素ガスに含まれる窒素ガスも含む）などの気体の一部は、図７に示したように、制御弁１０が接続された側壁１０６側において、当接部材１１４に対峙するように配置された流体導入管路１２２を介して、本発明の制御弁１０の一次側の流体導入流路である第１の流体流路１８に導入されるように構成されている。
【０１５４】
一方、当接部材１１４で水分が除去された、余剰の水素ガス（余剰の水素ガスに含まれる窒素ガスも含む）の大半は、気液分離タンク１０２の頂板部１１２に形成された流体回収開口部１２４を介して、燃料電池システム２００の水素循環流路２１８の下流側に接続され、水素供給流路２１４に還流されるようになっている。
【実施例３】
【０１５５】
図８は、本発明の別の実施例の制御弁の概略を示す縦断面図である。
【０１５６】
この実施例の制御弁１０は、図１〜図５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。
【０１５７】
図１〜図５に示した実施例１の制御弁１０では、図２に示したように、弁本体２４の側壁２８の内径側に形成された貫通孔部３２内に、シール金具３６と、第１の分離膜部材６２と、第２の分離膜部材６６とで囲まれた部分に、第１の流体流路１８から導入され流体のための流体導入室６０が形成されている。
【０１５８】
これに対して、この実施例の制御弁１０では、図８に示したように、第１の流体流路１８からの流体が、制御弁１０の上方側から導入されるようになっている。また、第１の分離膜部材６２が設けられておらず、第２の分離膜部材６６に相当する分離膜部材６６が備えられているのみである。
【０１５９】
また、流体導入室６０が、駆動部側空間７５から構成されており、分離膜部材６６によって、弁室１４と流体導入室６０（駆動部側空間７５）とが気密に分離されるようになっている。
【０１６０】
また、このような構造とするために、図８に示したように、シール金具３６が省略され、分離膜部材６６の外周部に形成した固定部６６ａを、弁本体２４の本体部２６の内径側に形成された段部２６ａと、固定金具３８の上端に形成された段部３８ａとの間で挟持することによって固定されている。
【０１６１】
そして、この固定金具３８の下端外周に、弁本体２４の側壁２８の下端内周を、例えば、カシメ加工することによって固定している。なお、この場合、カシメ加工以外にも、例えば、ろう付け、溶着などにより固定することができる。
【０１６２】
また、この実施例の制御弁１０では、図８に示したように、第１の流体流路１８からの流体を、制御弁１０の上方側から導入するために、吸引子４６には、貫通孔４６ｂが形成されている。この吸引子４６の貫通孔４６ｂの上部の大径部４６ｃ内に、第１の流体流路１８の継手部材８２を、外函押え部材８４を介装して嵌着されている。なお、図中、８６はシール部材である。
【０１６３】
そして、第１の流体流路１８は、吸引子４６の貫通孔４６ｂの下方に形成された小径部４６ｄを介して、プランジャー４４に形成された貫通孔４４ａに連通されている。
【０１６４】
これにより、上記の実施例１と同様に、プランジャー４４に形成された貫通孔４４ａは、インサート金具４８の貫通孔４８ａ、弁棒部材５０の上方において横方向に形成された連通孔５０ｂを介して、プランジャー４４の下方側方に形成された流体導入室６０（駆動部側空間７５）に連通するようになっている。
【０１６５】
また、固定金具３８には、図８に示したように、複数個の連通孔３８ｂが形成されており、これにより、固定金具３８と分離膜部材６６との間に、液体を含んだ流体が弁室１４側から浸入しても、これを弁室１４側に排出して、分離膜部材６６などが凍結などによって破損しないようになっている。
【０１６６】
このように構成することによって、弁開状態において、流体導入室６０（駆動部側空間７５）と弁室１４との間が、弁室１４と流体導入室６０とを気密に分離するための分離膜部材６６に形成された連通路７２を介して連通した状態となる。
【０１６７】
従って、例えば、低温時に液体の流体が凍結して流体導入流路（第２の流体流路２２）が閉塞されたとしても、凍結していない残りの流体導入流路（第１の流体流路１８）から、流体導入室６０（駆動部側空間７５）に導入された流体を、二次側である流体排出流路（第３の流体流路２５）を介して確実に排出することができる。
【０１６８】
これにより、例えば、燃料電池システムなど、液体の流体が存在する状況において、低温時に制御弁の一次側の流体が液体である流体導入流路で流体が凍結しても、凍結していない残りの流体導入流路を介して、流体を制御することができる制御弁１０を提供することができる。
【０１６９】
しかも、駆動部側に流体導入流路（第１の流体流路１８）から導入された流体のための流体導入室６０（駆動部側空間７５）を形成するだけで良く、また、１つの分離膜部材６６を備えるだけで良いので、複雑な構成となることなく、制御弁１０を小型化することができる。
【実施例４】
【０１７０】
図９は、本発明の別の実施例の制御弁の概略を示す縦断面図、図１０は、図９のＨ−Ｈ線での断面図である。
【０１７１】
この実施例の制御弁１０は、図１〜図５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。
【０１７２】
図１〜図５に示した実施例１の制御弁１０では、図２に示したように、弁本体２４の側壁２８の内径側に形成された貫通孔部３２内に、シール金具３６と、第１の分離膜部材６２と、第２の分離膜部材６６とで囲まれた部分に、第１の流体流路１８から導入され流体のための流体導入室６０が形成されている。
【０１７３】
これに対して、この実施例の制御弁１０では、図９に示したように、流体導入室６０が形成されておらず、第１の分離膜部材６２と、第２の分離膜部材６６も備えていない。
【０１７４】
また、図９示したように、プランジャー４４の下方には、インサート金具４８、弁棒部材５０などが設けられておらず、プランジャー４４の下端４４ｄに、弁体装着部４４ｃが形成されている。
【０１７５】
そして、このプランジャー４４の弁体装着部４４ｃの外周に、弁体固定部材８８が螺着されている。弁体固定部材８８には、その下端に弁体収容部８８ａが形成されており、この弁体収容部８８ａ内に、例えば、ゴム製の弁体９０が固着されている。
【０１７６】
また、この実施例の制御弁１０では、図９に示したように、図１〜図５に示した実施例１の制御弁１０とは相違しており、ハウジング１２の中央部分の凹部１２ａの底部には、弁座１６が形成されていない。
【０１７７】
また、図９に示したように、弁本体２４は、上方部分２４ｂと、この上方部分２４ｂの下方の下方部分２４ｃとを備えており、これらの上方部分２４ｂと下方部分２４ｃとの間に弁室１４が形成されている。なお、この弁室１４は、駆動部側空間７５と一体となるように構成されている。
【０１７８】
さらに、弁本体２４の上方部分２４ｂには、フランジ部２４ｄが形成されており、これにより、弁本体２４が、ハウジング１２に固定されている。なお、この実施例の制御弁１０では、プランジャーチューブ４２は、この弁本体２４の上方部分２４ｂと一体的に形成されている。
【０１７９】
また、図９に示したように、ハウジング１２の中央部分には、液体の流体を導入する一次側の流体導入流路を構成する第２の流体流路２２が形成されている。
【０１８０】
そして、弁本体２４の下端とハウジング１２の凹部１２ａの底部との間には、ハウジング１２に形成された第２の流体流路２２と連通する空間９２が形成されている。
【０１８１】
また、図９に示したように、弁本体２４には、その中央部分に第２の流体流路２２ｂが形成され、この空間９２と連通されている。
【０１８２】
さらに、図９、図１０に示したように、弁本体２４の下方部分２４ｃの上端部に、弁体９０と対峙するように弁座９４が設けられている。そして、この弁座９４の中央部分に開口するように、弁本体２４の第２の流体流路２２ｂの第２のポート２２ｃが形成されている。
【０１８３】
また、ハウジング１２の一方の側部には、一次側の流体導入流路を構成する第１の流体流路１８が形成されており、この第１の流体流路１８は、弁本体２４に形成された第１の流体流路１８ｂと連通するように構成されている。
【０１８４】
そして、図９、図１０に示したように、弁本体２４の弁座９４の中央部分に開口する第２の流体流路２２ｂの両側に、弁本体２４の第１の流体流路１８ｂの第１のポート１８ｃが形成されている。
【０１８５】
また、図９に示したように、ハウジング１２の他方の側部には、二次側である流体排出流路を構成する第３の流体流路２５が形成されている。この第３の流体流路２５は、弁本体２４の上方部分２４ｂと下方部分２４ｃとの間に形成された弁室１４と連通するように構成されている。
なお、図９において、符号９６は、シール部材を示している。
【０１８６】
このように構成することによって、弁開状態において、弁座９４に形成された複数の弁ポート（第１のポート１８ｃ、第２のポート２２ｃ）を介して、弁室１４と流体導入流路（第１の流体流路１８、第２の流体流路２２）と流体排出流路（第３の流体流路２５）との間が、連通した状態となる。
【０１８７】
従って、例えば、低温時に液体の流体が凍結して流体導入流路（第２の流体流路２２）が閉塞されたとしても、凍結していない残りの流体導入流路から導入された流体を、二次側である流体排出流路（第３の流体流路２５）を介して確実に排出することができる。
【０１８８】
これにより、例えば、燃料電池システムなど、液体の流体が存在する状況において、低温時に制御弁の一次側の流体が液体である流体導入流路で流体が凍結しても、凍結していない残りの流体導入流路を介して、流体を制御することができる制御弁を提供することができる。
【０１８９】
しかも、弁体側に流体導入流路から導入され流体のための流体導入室６０を形成したり、駆動部側に流体導入流路から導入された流体のための流体導入室６０を形成する必要がないので、複雑な構成とならず、制御弁を小型化することができるとともに、分離膜部材６２、６６を備える必要がないので、部品点数も少なく、コストを低減することができる。
【０１９０】
なお、この実施例では、第２の流体流路２２を、液体の流体を導入する一次側の流体導入流路として構成したが、図示しないが、第１の流体流路１８を、液体の流体を導入する一次側の流体導入流路として構成することも可能である。
【０１９１】
また、第３の流体流路２５を流体排出流路として構成したが、図示しないが、第１の流体流路１８、または、第２の流体流路２２を流体排出流路として構成することも可能である。
【実施例５】
【０１９２】
図１１は、本発明の別の実施例の制御弁の概略を示す縦断面図、図１２は、図１１のＩ−Ｉ線での断面図である。
【０１９３】
この実施例の制御弁１０は、図９〜図１０に示した実施例４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。
【０１９４】
この実施例の制御弁では、図１１、図１２に示したように、複数の弁ポート（第１のポート１８ｃ、第２のポート２２ｃ）が、弁座９４に同心円状に形成されている。
【０１９５】
すなわち、図１２に示したように、弁座９４の中央部分に開口するように、弁本体２４の第２の流体流路２２ｂの第２のポート２２ｃが形成され、その外周側に、弁本体２４の第１の流体流路１８ｂの第１のポート１８ｃが、円環形状に形成されている。
【０１９６】
このように構成することによって、複数の弁ポート（第１のポート１８ｃ、第２のポート２２ｃ）を弁座に同心円状に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。
【０１９７】
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、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】
【０１９８】
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、制御弁を用いた気液分離装置、ならびに、制御弁、気液分離装置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】
【０１９９】
１０    制御弁
１２    ハウジング
１２ａ    凹部
１４    弁室
１６    弁座
１８    第１の流体流路
１８ａ    ポート
１８ｂ    第１の流体流路
１８ｃ    第１のポート
２０    弁ポート
２２    第２の流体流路
２２ｂ    第２の流体流路
２２ｃ    第２のポート
２４    弁本体
２４ｂ    上方部分
２４ｃ    下方部分
２４ｄ    フランジ部
２５    第３の流体流路
２６    本体部
２６ａ    段部
２８    側壁
３０    貫通孔部
３２    貫通孔部
３４    連通路
３３、３５    シール部材
３６    シール金具
３６ａ    段部
３６ｂ    下端
３８    固定金具
３８ａ    段部
３８ｂ    連通孔
４０    駆動部
４２    プランジャーチューブ
４４    プランジャー
４４ａ    貫通孔
４４ｂ    連通孔
４４ｃ    弁体装着部
４４ｄ    下端
４５    プランジャーバネ
４６    吸引子
４６ａ    溝
４６ｂ    貫通孔
４６ｃ    大径部
４６ｄ    小径部
４８    インサート金具
４８ａ    貫通孔
５０    弁棒部材
５０ａ    フランジ
５０ｂ    連通孔
５２    締結ネジ
５４    ナット
５５    モールド樹脂
５６    電磁コイル
５８    外函部材
６０    流体導入室
６２    分離膜部材
６２ａ、６２ｂ    端部
６４    下端
６４ａ    固定溝
６４ｂ    貫通孔
６４ｃ    軸孔部
６４ｄ    拡径孔部
６６    分離膜部材（第２の分離膜部材）
６６ａ    固定部
６６ｂ    分離膜部
６８    弁体部
６８ａ    フランジ部
７０    連通路
７２    連通路
７４    連通路
７５    駆動部側空間
７６    空間
７８    バッファープレート部材
８０    下コイルガイド
８２    継手部材
８４    外函押え部材
８８    弁体固定部材
８８ａ    弁体収容部
９０    弁体
９２    空間
９４    弁座
９６    シール部材
１００    気液分離装置
１０２    気液分離タンク
１０４    タンク槽
１０６    側壁
１０８    側壁
１１０    流体導入開口部
１１２    頂板部
１１４    当接部材
１１６    底部
１１８    液体排出開口部
１２０    液体排出流路
１２２    流体導入管路
１２４    流体回収開口部
１２６    ヒーター
１２８    温媒流路
２００    燃料電池システム
２０２    燃料電池スタック
２０４    水素タンク
２０６    アノード
２０８    コンプレッサ
２１０    カソード
２１２    水素圧力調整弁
２１４    水素供給流路
２１６    水素循環ポンプ
２１７    上流側
２１８    水素循環流路
２２０    空気供給流路
２２２    空気圧力調整弁
２２４    ラジエータ
２２６    冷却水ポンプ
２２８、２３０    冷却流体循環経路
２３２    気液分離器
２３４    排出経路
２３６    パージ弁
２３８    水捨弁
Ａ１    有効受圧面積
Ａ２    有効受圧面積
Ｆ    荷重
ｆ    荷重
Ｐ１    流体圧力
Ｐ２    圧力
Ｐ３    圧力
【図１】
2015010633.tif 000003
【図２】
2015010633.tif 000004
【図３】
2015010633.tif 000005
【図４】
2015010633.tif 000006
【図５】
2015010633.tif 000007
【図６】
2015010633.tif 000008
【図７】
2015010633.tif 000009
【図８】
2015010633.tif 000010
【図９】
2015010633.tif 000011
【図１０】
2015010633.tif 000012
【図１１】
2015010633.tif 000013
【図１２】
2015010633.tif 000014
【図１３】
2015010633.tif 000015