(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおいて、圧力制御弁に供給されるパイロット圧を調圧する燃料電池用電磁弁の小型化を図る。【解決手段】エアー排出弁１０は、ケーシング１２の内部に配設されるソレノイド部１４と、前記ケーシング１２の内部にその一部が挿入され、前記ソレノイド部１４に電流を供給するコネクタ部１６が設けられる接続部材と、前記カバー体１８とバルブボディ２２との間に挟持され、その内部にシャフト４６が挿通自在に設けられる固定コア２０と、前記バルブボディ２２の内部に変位自在に設けられ、前記シャフト４６の変位作用下に軸線方向に沿って変位する弁体８８と、前記弁体８８と前記バルブボディ２２との間に介装される第２ばね部材９０とからなる。【選択図】図３
2004185840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムにおける圧力制御部へ供給されるパイロット流体の圧力を調圧する燃料電池用電磁弁において、
ケーシングと、
前記ケーシングの内部に配設され、電流により励磁作用を伴うソレノイド部と、
前記ケーシングに連結されるとともに、前記パイロット流体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前記パイロット流体が導出される導出ポートとを有するバルブボディと、
前記ソレノイド部に配設される可動コアを介して該ソレノイド部の励磁作用下に軸線方向に沿って変位するシャフトと、
前記バルブボディの内部における前記導入ポート側に設けられ、かつ前記シャフトおよび前記可動コアに対向するように配設され、前記シャフトの変位作用下に弁座に対して着座・離間自在に設けられる弁体と、
前記バルブボディと前記弁体との間に介装され、前記弁体を着座させる方向に付勢する第１スプリングと、
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、
前記第１スプリングは、前記ケーシングと前記可動コアとの間に介装される第２スプリングと略同軸上に設けられ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記載の燃料電池用電磁弁において、
前記弁体には、半径外方向に拡径してバルブボディの内部を摺動する拡径部が形成され、前記拡径部の軸線方向の長さを、前記弁座における前記弁体の着座部の直径の１．５倍以上にすることを特徴とする燃料電池用電磁弁。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池用電磁弁において、
前記弁体をアルミニウム製材料から形成し、その外周面にフッ素樹脂による表面処理を施すとともに、前記バルブボディと前記弁体の外周面との間に配設される円筒部材をステンレス製材料から形成することを特徴とする燃料電池用電磁弁。
【請求項５】
請求項１記載の燃料電池用電磁弁において、
前記ケーシングには、前記バルブボディ側に向かって突出する第１ヨークが形成され、前記第１ヨークは、前記バルブボディに装着される固定コアの第２ヨークと対向するように配置されるとともに、前記第１ヨークの内部には、前記可動コアが変位自在に設けられることを特徴とする燃料電池用電磁弁。
【請求項６】
請求項５記載の燃料電池用電磁弁において、
前記シャフトには、前記固定コアの貫通孔に挿通自在に設けられるガイド部が形成され、前記ガイド部の軸線方向の長さが、前記貫通孔の軸線方向に沿った長さと略同等に形成されるとともに、前記シャフトの外周面にフッ素樹脂による表面処理を施すことを特徴とする燃料電池用電磁弁。
【請求項７】
請求項５記載の燃料電池用電磁弁において、
前記可動コアは、該可動コアの前記弁体側の端面に弾性材料からなる弾性部材が一体的に装着さ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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、燃料電池システムにおいて、アノード側に対する水素の供給圧力を制御する圧力制御部へ供給されるパイロット流体の圧力を調圧することが可能な燃料電池用電磁弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、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に対し、複数のセルを積層して構成されたスタック（以下、燃料電池という）を備えており、アノードに燃料として水素が供給され、カソードに酸化剤としてエアーが供給されて、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】
このような燃料電池装置は、例えば、燃料電池のカソード側に反応ガスとして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、エアーの圧力に応じた圧力で燃料電池のアノード側に反応ガスとして水素を供給する圧力制御部を備え、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パージ弁（電磁弁）によって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】
そして、前記パージ弁は前記圧力制御部と連通するように設けられ、ソレノイドの励磁作用下に弁体の弁開・弁閉状態を切り換えて、例えば、信号圧としてボディの内部に導入されるパイロットエアーを大気開放することにより前記圧力制御部の圧力を低下させ、前記圧力制御部の圧力が所定圧となるように調圧している。この種のエアー切り換え用電磁弁としては、ソレノイド部の外径が大型化しているのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１８２７５１号公報（第８頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に係る電磁弁を燃料用電磁弁として用いる場合には、より一層小型化することが要求されている。
【０００７】
本発明は、前記の点を鑑みてなされたものであり、より一層小型化す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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、燃料電池システムにおける圧力制御部へ供給されるパイロット流体の圧力を調圧する燃料電池用電磁弁において、
ケーシングと、
前記ケーシングの内部に配設され、電流により励磁作用を伴うソレノイド部と、
前記ケーシングに連結されるとともに、前記パイロット流体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前記パイロット流体が導出される導出ポートとを有するバルブボディと、
前記ソレノイド部に配設される可動コアを介して該ソレノイド部の励磁作用下に軸線方向に沿って変位するシャフトと、
前記バルブボディの内部における前記導入ポート側に設けられ、かつ前記シャフトおよび前記可動コアに対向するように配設され、前記シャフトの変位作用下に弁座に対して着座・離間自在に設けられる弁体と、
前記バルブボディと前記弁体との間に介装され、前記弁体を着座させる方向に付勢する第１スプリングと、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、導入ポートをバルブボディの弁体側に設けるとともに、前記弁体とバルブボディとの間に、前記弁体を弁座に着座させる方向に付勢する第１スプリングを介装する。従って、前記導入ポートからバルブボディの内部へと導入されるパイロット流体の流れ方向と、前記弁体が第１スプリングのばね力によって弁座方向へ変位する際の動作方向とが一致しているため、前記弁体を着座させる方向に付勢する第１スプリングは小さなばね力で十分となる。
【００１０】
そのため、弁体を第１スプリングのばね力に抗して弁座より離間させる際にソレノイド部の励磁作用下にシャフトに付勢される推力もそれに伴って小さくすることができる。その結果、ソレノイド部を小型化することができる。
【００１１】
また、第１スプリングを前記ケーシングと前記可動コアとの間に介装される第２スプリングと略同軸上に設けることにより、前記第１スプリングおよび第２スプリングが介装されるケーシングおよびバルブボディの半径方向の寸法を抑制することができるため、燃料電池用電磁弁の全体構成を半径方向に小型化することができる。
【００１２】
さらに、弁体には半径外方向に拡径してバルブボディの内部を摺動する拡径部が形成され、前記拡径部の軸線方向の長さを、前記弁座における前記弁体の着座部の直径の１．５倍以上にすることにより、前記弁体が軸線方向に沿って摺動する際、前記拡径部の外周面が円筒部材の内周面によってガイドされている。そのため、弁体が着座する着座部の直径に対してガイドされる拡径部の長さを１．５倍以上大きくすることにより軸線方向に対する前記弁体のシート倒れが抑制され、より一層安定かつ確実に弁体を変位させることができる。
【００１３】
さらにまた、前記弁体をアルミニウム製材料から形成し、その外周面にフッ素樹脂による表面処理を施すとともに、前記バルブボディと前記弁体の外周面との間に配設される円筒部材をステンレス製材料から形成することによって、外周面に塗布されたフッ素樹脂により弁体の摺動抵抗が低減して前記弁体の耐久性が向上するとともに、弁体がアルミニウム製材料から形成されているため軽量化され、より一層円滑に弁体を変位させることができる。
【００１４】
またさらに、ケーシングに前記バルブボディ側に向かって突出する第１ヨークを形成し、前記第１ヨークを前記バルブボディに装着される固定コアの第２ヨークと対向するように配置するとともに、前記第１ヨークの内部に前記可動コアを変位自在に設けることにより、前記可動コアの軸線方向に沿ったストロークを大きくしつつ、ソレノイド部の励磁状態の初期においても可動コアの推力を大きくすることができる。
【００１５】
また、シャフトに前記固定コアの貫通孔に挿通自在に設けられるガイド部を形成し、前記ガイド部の軸線方向の長さを前記貫通孔の軸線方向に沿った長さと略同等に形成するとともに、前記シャフトの外周面にフッ素樹脂による表面処理を施す。その結果、前記シャフトのガイド部が貫通孔によって好適にガイドされるため、別個に軸受等を設けることなくシャフトを軸線方向に沿って高精度かつ安定して変位させることができる。また、シャフトの外周面に塗布されたフッ素樹脂によって前記シャフトと前記貫通孔との間に生じる摺動抵抗が低減され、シャフトの耐久性を向上させることができる。
【００１６】
さらに、前記可動コアの前記弁体側の端面に弾性材料からなる弾性部材を一体的に装着することにより、前記可動コアが変位して固定コアの一端面に当接した際の衝撃および衝撃音が低減される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池用エアー排出弁（燃料電池用電磁弁）１０が含まれる燃料電池システム２００の構成図である。なお、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。
【００１８】
図１に示すように、この燃料電池システム２００は、例えば、固体ポリマー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んで形成されたセルに対し、複数のセルを積層して設けた燃料電池スタック２０２を含む。前記燃料電池スタック２０２には、燃料として、例えば、水素が供給されるアノードと、酸化剤として、例えば、酸素を含むエアーが供給されるカソードとが設けられる。
【００１９】
前記カソードには、酸化剤供給部２０４からエアーが供給されるエアー供給口２０６と、前記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とが設けられる。一方、アノードには、燃料供給部２１２から水素が供給される水素供給口２１４と、前記水素排出部２１６が接続された水素排出口２１８とが設けられる。
【００２０】
前記燃料電池スタック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。
【００２１】
前記エアー供給口２０６には、エアー供給用通路を介して酸化剤供給部２０４、放熱部２２０、カソード加湿部２２２がそれぞれ接続され、また、前記エアー排出口２１０には、エアー排出用通路を介してエアー排出部２０８が接続される。
【００２２】
前記水素供給口２１４には、水素供給通路を介して燃料供給部２１２、圧力制御部２２４、エゼクタ２２６、アノード加湿部２２８がそれぞれ接続され、また、前記水素排出口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。
【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）およ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供給エアーを断熱圧縮して燃料電池スタック２０２に圧送する。この断熱圧縮の際に供給エアーが加熱される。このように加熱された供給エアーが、燃料電池スタック２０２の暖機に貢献する。
【００２４】
また、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に導入されるとともに、後述する放熱部２２０によって冷却された後、バイパス通路２３２を介して圧力制御部２２４にパイロット圧として供給される。
【００２５】
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、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、燃料電池スタック２０２の通常運転時において前記酸化剤供給部２０４から供給される供給エアーを冷却する。このため、供給エアーは、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。
【００２６】
前記カソード加湿部２２２は、例えば、水透過膜を備えて構成され、水分を前記水透過膜の一方側から他方側へ透過させることにより、前記放熱部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へと供給している。前記加湿されたエアーは燃料電池スタック２０２に供給され、該燃料電池スタック２０２の固体高分子電解質膜のイオン導電性が所定の状態に確保される。
【００２７】
なお、燃料電池スタック２０２のエアー排出口２１０には、エアー排出部２０８が接続され、前記エアー排出部２０８に設けられた図示しない排出弁を通じてエアーが大気中に排気される。
【００２８】
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する供給水素が貯蔵される。
【００２９】
圧力制御部２２４（図２参照）は、バイパス通路２３２を介して供給される流体、例えば、エアーの圧力をパイロット圧（パイロット信号圧）として、前記圧力制御部２２４の出口側圧力である２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調整する空気式の圧力制御弁２２４ａと、前記圧力制御弁２２４ａへ供給されるパイロット圧を調圧する燃料電池用エアー排出弁１０とからなる。すなわち、燃料電池システム２００によって発電を必要としない場合（例えば、車両の減速状態）には、圧力制御弁へ供給されるパイロット圧を低下させて、前記圧力制御弁における水素の圧力を低下させることにより燃料電池スタック２０２による発電量を低下させている。
【００３０】
その際、前記燃料電池用エアー排出弁１０において、前記圧力制御弁へと供給されたパイロットエアー（パイロット流体）を外部へと導出することにより前記パイロット圧を低下させるように調整している。
【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から供給された燃料（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。前記ノズル部からディフューザ部に向かって燃料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燃料が吸引される。前記エゼクタ２２６で混合された燃料および排出燃料はアノード加湿部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燃料は、前記エゼクタ２２６を介して循環するように設けられている。
【００３２】
従って、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ガスは、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ガス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、水分を前記水透過膜の一方側から他方側へ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。前記加湿された水素は燃料電池スタック２０２に供給され、該燃料電池スタック２０２の固体高分子電解質膜のイオン導電性が所定の状態に確保される。
【００３４】
燃料電池スタック２０２の水素排出口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）等が車両の外部に排出される。
【００３５】
次に、前記燃料電池システム２００を構成する燃料電池用エアー排出弁１０について好適な実施の形態を挙げ、図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００３６】
この燃料電池用エアー排出弁１０（以下、単にエアー排出弁１０という）は、図３および図４に示されるように、磁性金属製材料からなるケーシング１２と、前記ケーシング１２の内部に配設されるソレノイド部１４と、前記ケーシング１２とソレノイド部１４との間に係合されるように配設され、図示しない電源と接続されるコネクタ部１６を有するカバー体１８と、前記ケーシング１２に固定コア２０を介して連結される金属製材料からなるバルブボディ２２と、前記バルブボディ２２の内部に配設され、前記ソレノイド部１４の励磁作用下にパイロットエアーの連通状態を切り換える弁機構部２４とからなる。
【００３７】
ケーシング１２は、断面略コ字状に形成される円筒部２６と、前記円筒部２６の内部にバルブボディ２２側へと所定長だけ突出して環状に形成される第１ヨーク２７と、前記円筒部２６の側面に半径外方向へと突出して形成される略長方形状の取付部２８とからなる。なお、エアー排出弁１０は、前記取付部２８を介して図示しない他の装置等に連結される。
【００３８】
ソレノイド部１４は、前記第１ヨーク２７の略中央部に形成されるガイド穴３０に軸線方向に沿って変位自在に設けられる可動コア３２と、前記ガイド穴３０の外周側に環状に形成される装着穴３４に設けられるとともに、第１ヨーク２７の外周面に当接するように挿入されるコイル３６が巻回されたボビン３８と、前記可動コア３２をバルブボディ２２側へと付勢する第１ばね部材（第２スプリング）４０と、前記可動コア３２のバルブボディ２２側の端面に装着される緩衝部材（弾性部材）４２とからなる。
【００３９】
可動コア３２は断面略Ｈ字状に形成され、そのバルブボディ２２側の一端部には、軸線方向に沿って形成される挿入穴４４を介して長尺なシャフト４６の一端部側の挿入部４８が挿入されている。
【００４０】
前記シャフト４６は、一端部側に形成され、可動コア３２の挿入穴４４に挿入される挿入部４８と、軸線に沿った略中央部に前記挿入部４８より半径外方向に拡径して形成されるとともに、固定コア２０の後述する貫通孔６６に挿通自在に設けられるガイド部５０と、他端部側に挿入部４８よりさらに半径内方向へと縮径して形成され、その端面が後述する弁体８８に当接するように設けられるピン部５２とからなる。前記ガイド部５０の外周面には、フッ素コーティングが施されている。すなわち、ソレノイド部１４の励磁作用下にシャフト４６が軸線方向に沿って変位する際、ガイド部５０の外周面と貫通孔６６の内周面との間に生じる摺動抵抗を低減することができるため、前記シャフト４６の耐久性を向上させることができる。
【００４１】
また、シャフト４６のガイド部５０は、貫通孔６６の内周面によって軸線方向に沿ってガイドされている。そのため、シャフト４６全体の軸線方向の長さＡに対するガイド部５０の軸線方向の長さＢを長くするのに比例して、前記固定コア２０の貫通孔６６によってガイドされるシャフト４６の部位が増大するため、より一層確実にシャフト４６が軸線方向に沿ってガイドされる。その結果、シャフト４６に対して別個に軸受等を設けることなく確実かつ高精度に軸線方向に沿って変位させることができる。
【００４２】
さらに、可動コア３２の他端部側には、所定長だけ窪んだばね受穴５４が形成され、第１ばね部材４０の一端部側が装着されるとともに、前記第１ばね部材４０の他端部側は、円筒部２６の略中央部に所定長だけ窪んで形成されるばね受凹部５６に装着されている。すなわち、第１ばね部材４０は、前記ばね受穴５４とばね受凹部５６との間に介装され、可動コア３２をバルブボディ２２側へ変位するように付勢している。
【００４３】
一方、前記可動コア３２の略中央部には、挿入穴４４とばね受穴５４とを連通する連通路５８が形成されている。
【００４４】
ボビン３８は略円筒状に形成され、その外周面にコイル３６が巻回された状態で装着穴３４の内周面に当接するように挿入されている。そして、装着穴３４に挿入された前記ボビン３８の外周側には、カバー体１８のカバー部６０（後述する）によって囲繞される。
【００４５】
緩衝部材４２は弾性材料によって環状に形成され、可動コア３２の後述する固定コア２０（後述する）側の端面に一体的に装着されている。すなわち、前記ソレノイド部１４の励磁作用下に前記可動コア３２がバルブボディ２２側（矢印Ｘ２方向）へと変位して、前記緩衝部材４２が前記固定コア２０の端面に当接した際（図４参照）、前記可動コア３２に生じる衝撃が緩和されるとともに、当接時に発生する衝撃音を低減することができる。
【００４６】
カバー体１８は樹脂製材料からなり、円筒状に形成されるカバー部６０が円筒部２６の内部の装着穴３４に挿入され、コイル３６が巻回されたボビン３８の外周側を囲繞している。そして、前記カバー部６０には環状溝を介してシール部材６２が装着され、前記シール部材６２が装着穴３４の内壁面に当接することによりソレノイド部１４の内部の気密が保持される。
【００４７】
また、カバー体１８の側面には、図示しない電源よりソレノイド部１４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１６が設けられている。前記コネクタ部１６には、その内部に一端部が露呈するように金属製材料からなる端子６４が設けられ、前記端子６４はコネクタ部１６の内部で略直角に折曲してソレノイド部１４のボビン３８へと接続されている。なお、前記端子６４は図示しないリード線を介して前記電源と接続されている。
【００４８】
固定コア２０は、略中央部に軸線方向に沿って貫通した貫通孔６６が形成され、その内部にはシャフト４６のガイド部５０が挿通自在に設けられている。
【００４９】
また、固定コア２０のケーシング１２側の一端部が、ボビン３８の内周面に当接するように挿入されるとともに、その一端面にはケーシング１２の第１ヨーク２７に対向するように先端がテーパ状の第２ヨーク６７がケーシング１２側（矢印Ｘ１方向）に環状に突出している。
【００５０】
一方、固定コア２０のバルブボディ２２側の他端部が、前記バルブボディ２２の穴部７０（後述する）に挿入されている。
【００５１】
さらに、軸線方向に沿った略中央部に半径外方向に拡径したフランジ部６８が形成され、前記フランジ部６８の一端面側にカバー体１８が当接するとともに、他端面側にバルブボディ２２が当接するようにして挟持されている。すなわち、固定コア２０はその一端部がボビン３８の内部に挿入され、その他端部が前記穴部７０に挿入されるとともに、フランジ部６８がカバー体１８とバルブボディ２２との間に挟持されているため、カバー体１８およびバルブボディ２２と一体的に連結されている状態にある。
【００５２】
そして、固定コア２０のケーシング１２側の外周面とカバー体１８の内周面との間には、環状のシール部材６２が挟持され、ソレノイド部１４の内部の気密を保持している。
【００５３】
略円筒状に形成されるバルブボディ２２は、固定コア２０と連結される一端部側に形成され、前記固定コア２０の他端部側が挿入される穴部７０と、前記バルブボディ２２の他端部側に形成され、その内部に後述する弁体８８が変位自在に設けられるシリンダ室７２と、前記穴部７０とシリンダ室７２とを連通する連通孔７４と、前記シリンダ室７２の連通孔７４側の端面より所定長だけ突出する弁座７６と、前記バルブボディ２２の外周側に形成され、パイロットエアーが供給される圧力制御弁２２４ａ（図２参照）の図示しない供給室と連通する導入ポート７８と、前記圧力制御弁から内部に導入された前記パイロットエアーを外部へと導出する導出ポート８０とからなる。
【００５４】
シリンダ室７２の内部には、有底円筒状の薄板材からなるカラー部材（円筒部材）８２が一体的に挿入されている。なお、前記カラー部材８２は、金属製材料（例えば、ステンレス鋼）から形成されている。
【００５５】
そして、バルブボディ２２の開口部８３側の内周面には、環状溝を介して断面略Ｃ字状のクリップ８４が係合されている。そのため、シリンダ室７２の内部にカラー部材８２を挿入した後、前記クリップ８４を環状溝に装着することにより前記カラー部材８２が軸線方向に係止される。なお、断面コ字状に形成されるカラー部材８２の軸線方向に沿った長さは、シリンダ室７２の内部に挿入して前記クリップ８４で係止した状態において、カラー部材８２が導入ポート７８を覆うことがない長さに設定されている。
【００５６】
また、カラー部材８２におけるケーシング１２側の略中央部には、所定長だけ突出したばね受部８６が形成され、後述する第２ばね部材９０の一端部が係合される。
【００５７】
さらに、弁座７６は、開口部８３に向かって突出した先端部が円弧状に丸みを帯びて形成されている。
【００５８】
さらにまた、前記導入ポート７８は、バルブボディ２２におけるシリンダ室７２の外周面に形成されている。そして、バイパス通路２３２（図１参照）を介してパイロット圧として機能する圧力流体（例えば、圧縮空気）が圧力制御弁２２４ａ（図２参照）の供給室の内部に導入され、前記導入ポート７８は、前記圧力制御弁２２４ａの供給室と連通するとともに、前記シリンダ室７２の内部と連通している。
【００５９】
導出ポート８０は、前記導入ポート７８から軸線方向に所定間隔離間した穴部７０の外周面に形成され、前記シリンダ室７２の内部に導入された圧力流体が連通孔７４および穴部７０を介して外部へと導出される。なお、前記導入ポート７８および導出ポート８０は、バルブボディ２２の外周面に周方向に２箇所ずつ一対となるように設けられている。
【００６０】
なお、バルブボディの外周面には、導出ポート８０からカバー体１８側および導入ポート７８側にそれぞれ所定間隔離間してシール部材６２が環状溝を介して装着され、図示しない圧力制御弁の挿入孔に挿入された際、その挿入孔の内壁面に当接することにより内部の気密を保持する。
【００６１】
また、バルブボディ２２の固定コア２０との当接面には、環状溝を介してシール部材６２が装着され、前記固定コア２０とバルブボディ２２との間の気密を保持している。
【００６２】
弁機構部２４は、シリンダ室７２に挿入されたカラー部材８２の内部を軸線方向に沿って挿通自在に設けられる弁体８８と、前記カラー部材８２と弁体８８の内部との間に介装され、前記弁体８８を弁座７６に着座させる方向に付勢する第２ばね部材（第１スプリング）９０とからなる。
【００６３】
なお、ケーシング１２の内部に介装される第１ばね部材４０と、前記第２ばね部材９０とは、略同軸上となるように設けられている。そのため、ケーシング１２およびバルブボディ２２の半径外方向の寸法を抑制することができ、エアー排出弁１０を半径方向へ小型化することができる。
【００６４】
弁体８８は金属製材料（例えば、アルミニウム材）から断面略コ字状に形成され、その弁座７６に対向する略平面状の端面には、環状溝を介して弾性材料からなるシート部材９２が装着されている。なお、前記弁体８８をアルミニウム製材料により形成することにより軽量化を図ることができるため、弁体８８をより一層円滑に変位させることができる。
【００６５】
また、前記弁体８８の外周面は、前記弁座７６より軸線方向に沿って所定長だけ離間した位置から半径外方向に拡径した拡径部９４が形成されている。そして、前記拡径部９４の外周面にフッ素コーティングを施している。その結果、前記拡径部９４の外周面をカラー部材８２の内周面に沿って摺動させることにより、前記弁体８８がカラー部材８２によって軸線方向に沿ってガイドされるとともに、フッ素コーティングによって弁体８８とカラー部材８２との間に生じる摺動抵抗を低減することができるため、前記弁体８８の耐久性を向上させることができる。
【００６６】
さらに、前記拡径部９４の軸線方向に沿った長さＣは、弁体８８が着座する弁座７６の最も先端部における直径Ｄの１．５倍もしくはそれ以上となるように形成されている（Ｃ≧１．５Ｄ）。すなわち、弁体８８が着座する弁座７６の直径Ｄに対して軸線方向に沿ってガイドされる拡径部９４の軸線方向に沿った長さＣを１．５倍以上大きく設定することにより、前記弁体８８がより一層確実に軸線方向に沿ってガイドされる。換言すると、弁体８８の軸線に対する傾き（倒れ）を防止することができる。その結果、前記弁体８８を確実かつ安定して弁座７６に着座させることができる。
【００６７】
また、第２ばね部材９０は、ケーシング１２側へと突出したカラー部材８２のばね受部８６に係合されているため、半径方向へ移動することがなく脱抜することが防止される。
【００６８】
本発明の実施の形態に係る燃料電池用エアー排出弁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。
【００６９】
図１に示されるように、燃料電池システム２００において、エアー排出弁１０の導入ポート７８には、バイパス通路２３２を介してパイロットエアーが供給される図示しない圧力制御弁の図示しない供給室と接続されるとともに、導出ポート８０は、前記パイロットエアーを排気する際の排気音を低減するための図示しないサイレンサを介して外気と連通している。
【００７０】
図３は、コイル３６に対してコネクタ部１６を介して電流を供給していない非励磁状態にあり、弁体８８に装着されたシート部材９２が弁座７６に着座して導入ポート７８と導出ポート８０との連通が遮断されたオフ状態（弁閉状態）を示している。
【００７１】
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１６の端子６４を介してコイル３６に通電することにより前記コイル３６が励磁され、その励磁作用下に磁束がコイル３６から可動コア３２へと向かい、再びコイル３６へと復帰して周回するように発生する。
【００７２】
そして、図４に示されるように、可動コア３２が軸線に沿ったバルブボディ２２側（矢印Ｘ２方向）へと変位し、前記可動コア３２に挿入されたシャフト４６のピン部５２を介して弁体８８が押圧され、その押圧作用下に弁体８８が第２ばね部材９０のばね力に抗して弁座７６から離間する。
【００７３】
そして、可動コア３２がバルブボディ２２側へ変位し、前記可動コア３２の端面に装着された緩衝部材４２が固定コア２０の端面に当接することにより変位終端位置となる。その際、前記緩衝部材４２によって可動コア３２が固定コア２０の端面に当接した際に可動コア３２に生じる衝撃が緩和されるとともに、磁性金属製材料からなる可動コア３２と、同じく磁性金属製材料からなる固定コア２０とが当接した際に発生する衝撃音を低減することができる。
【００７４】
その結果、エアー排出弁１０がオフ状態からオン状態（弁開状態）に切り換わる。従って、バイパス通路２３２から図示しない圧力制御弁の供給室の内部に供給されていたパイロットエアーがエアー排出弁１０の導入ポート７８からシリンダ室７２、連通孔７４および穴部７０へと導入され、導出ポート８０を介して外部へと排出される。そのため、前記圧力制御弁へ供給されるパイロット圧をエアー排出弁１０によって低下させ、前記圧力制御弁によって供給される水素の流通量を調整することができる。
【００７５】
また、このようなオン状態において、燃料電池スタック２０２による発電状態を通常通り復帰させる場合には、再び弁体８８を弁座７６に着座させて導入ポート７８と導出ポート８０との連通が遮断されたオフ状態とする。この場合には、図示しない電源からコイル３６に通電されていた電流を停止することにより前記コイル３６が非励磁状態となり、可動コア３２に付勢されていたバルブボディ２２側への付勢力がなくなる。
【００７６】
そのため、弁体８８が第２ばね部材９０のばね力によってケーシング１２側（矢印Ｘ１方向）へと押圧され、前記弁体８８に設けられたシート部材９２が弁座７６に着座することにより、導入ポート７８と導出ポート８０との連通が遮断された状態となる。その結果、バイパス通路２３２（図１参照）を介して図示しない圧力制御弁へと供給されるパイロットエアーがエアー排出弁１０によって外部に排気されることがないため、前記圧力制御弁によって通常通りの水素の流通を行うことができる。
【００７７】
その結果、燃料電池スタック２０２によって再び所望の発電量を得ることができる。
【００７８】
以上のように、本実施の形態では、図示しない圧力制御弁からパイロットエアーが導入される導入ポート７８をバルブボディ２２の弁体８８が設けられるシリンダ室７２側に形成するとともに、前記バルブボディ２２と前記弁体８８との間に前記弁体８８を弁座７６に着座させる方向に付勢する第２ばね部材９０を介装している。
【００７９】
従って、導入ポート７８からシリンダ室７２の内部へと導入されるパイロットエアーの流れ方向と、弁体８８が第２ばね部材９０のばね力によって弁座７６の方向に変位する動作方向とが一致するため、前記弁体８８が弁座７６に着座する際には、前記弁体８８には第２ばね部材９０のばね力に加えて、導入ポート７８から導出ポート８０へと流通するパイロット圧の押圧力が付勢されている状態となる。
【００８０】
そのため、前記第２ばね部材９０は小さなばね力で十分となり、それに伴って弁体８８を弁座７６より離間させる際、前記弁体８８をシャフト４６の小さな押圧力によって離間させることができる。その結果、シャフト４６を変位させる押圧力を付勢するソレノイド部１４を小型化することができる。
【００８１】
また、ケーシング１２のばね受凹部５６と可動コア３２のばね受穴５４との間に介装される第１ばね部材４０と、弁体８８とカラー部材８２のばね受部８６との間に介装される第２ばね部材９０とを同軸上に設けることにより、前記第１および第２ばね部材９０が設けられるケーシング１２およびバルブボディ２２の半径方向の寸法を抑制することができる。そのため、エアー排出弁１０を半径方向に小型化することができる。
【００８２】
さらに、弁体８８の着座する弁座７６の直径Ｄに対して、軸線方向に沿ってガイドされる拡径部９４の軸線方向に沿った長さＣを１．５倍以上大きく設定することにより、前記弁体８８がカラー部材８２の内周面によってガイドされる部位が増大するため、より一層確実に前記弁体８８を軸線方向に沿ってガイドすることができるとともに、より一層確実に弁体８８のシート部材９２を弁座７６に着座させることができる。
【００８３】
さらにまた、前記弁体８８をアルミニウム製材料で形成することにより、前記弁体８８の軽量化を図ることができるため、前記弁体８８をより一層円滑に軸線方向に沿って変位させることができる。また、前記弁体８８の外周面にフッ素樹脂による表面処理を施すことにより、前記弁体８８が変位した際のバルブボディと弁体８８の外周面との間に生じる摺動抵抗を低減することができる。そのため、弁体８８の耐久性を向上させることができる。
【００８４】
またさらに、バルブボディ２２のシリンダ室７２の内部に配設されるカラー部材８２をアルミニウム製材料と比較して硬度が高いステンレス製材料で形成することにより、アルミニウム製材料からなる弁体８８の外周面がその内周面に摺動する場合にも、カラー部材８２が摩耗することが抑制される。
【００８５】
また、シャフト４６の略中央部に設けられるガイド部５０が、固定コア２０の貫通孔６６に挿通されることによって軸線方向にガイドされている。そのため、軸線方向に沿ったシャフト４６全体の長さに対するガイド部５０の軸線方向に沿った長さを長くするほど、前記シャフト４６のガイド部５０が貫通孔６６によって好適にガイドされる。
【００８６】
そのため、別個に軸受等を設けることなくシャフト４６を軸線方向に沿って高精度かつ安定して変位させることができる。また、シャフト４６の外周面にフッ素コーティングを施すことにより、前記貫通孔６６の内部を摺動する前記シャフト４６の摺動抵抗が低減され、シャフト４６の耐久性を向上させることができる。
【００８７】
さらに、ケーシング１２の円筒部２６の内部に、バルブボディ２２側に向かって突出した環状の第１ヨーク２７を形成し、固定コア２０のケーシング１２側に前記第１ヨーク２７と対向するように先端がテーパ状の第２ヨーク６７を形成する。そして、前記第１ヨーク２７の内部に前記可動コア３２を変位自在に設けることにより、前記可動コア３２の軸線方向に沿ったストロークを大きくしつつ、ソレノイド部１４の励磁状態の初期においても可動コア３２の推力を大きくすることができる。
【００８８】
さらにまた、前記可動コア３２の弁体８８側の端面に弾性材料からなる緩衝部材４２を一体的に装着することにより、前記可動コア３２がソレノイド部１４の励磁作用下にバルブボディ２２側へと変位し、前記緩衝部材４２が前記固定コア２０の一端面に当接した際に可動コア３２に生じる衝撃および可動コア３２と固定コア２０との間で発生する衝撃音が低減される。
【００８９】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００９０】
すなわち、導入ポートをバルブボディの弁体側に設けるとともに、前記弁体とバルブボディとの間に前記弁体を弁座に着座させる方向に付勢する第１スプリングを介装することにより、前記第１スプリングのばね力を小さく設定することができ、それに伴って前記弁体を介して前記第１スプリングを押圧するソレノイド部の推力も小さくすることができるため、前記ソレノイド部を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】図１におけるエアー排出弁の配置を示す詳細構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るエアー排出弁の弁閉状態を示す縦断面図である。
【図４】図３のエアー排出弁の弁開状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０…エアー排出弁                １２…ケーシング
１４…ソレノイド部                １８…カバー体
２０…固定コア                    ２２…バルブボディ
２４…弁機構部                    ２６…円筒部
３０…ガイド穴                    ３２…可動コア
３６…コイル                      ３８…ボビン
４０…第１ばね部材                ４２…緩衝部材
４６…シャフト                    ４８…挿入部
５０…ガイド部                    ５２…ピン部
７２…シリンダ室                  ７６…弁座
７８…導入ポート                  ８０…導出ポート
８６…ばね受部                    ８８…弁体
９０…第２ばね部材                ９２…シート部材
９４…拡径部
【図１】
2004185840.tif 000003
【図２】
2004185840.tif 000004
【図３】
2004185840.tif 000005
【図４】
2004185840.tif 000006