(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおいて、反応ガスおよび／または残留水を外部へと排出する燃料電池用電磁弁の部品点数を低減することにより、組み付け作業性の向上およびコストの低減を図る。【解決手段】燃料電池用排出弁１０は、導入ポート１２と導出ポート１４とを有するバルブボディ１６の上部にガイド部材２０を一体的に連結し、前記ガイド部材２０のフランジ部４６の上方には、ソレノイド部２６の内部に挿入され、その内部に可動部材１８が変位自在に設けられるガイド部４４が形成されるとともに、前記フランジ部４６の下方には可動部材１８の上方への変位を規制するストッパ部４８が突出して形成されている。そして、可動部材１８の弁体部９４がソレノイド部２６の励磁作用下に弁座部３４から離間し、導入ポート１２と導出ポート１４とを連通させている。【選択図】図２
2004183681.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および／または残留水を排出する燃料電池用電磁弁において、
前記反応ガスおよび／また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および／また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、
前記ソレノイド部の内部に設けられる固定部材と対向するように設けられ、前記ソレノイド部の励磁作用下に軸線方向に沿って変位し、一端部側に形成される弁体部が弁座に対して着座・離間自在に設けられる可動部材と、
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るとともに、前記可動部材が挿通自在に設けられ、前記弁体部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、
前記係止部には、前記弁体部が当接する端面に所定深さだけ窪んだ切欠部が形成さ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、
前記弁体部と前記ガイド部材との間には、前記弁体部を前記弁座の方向に付勢するばね部材が介装され、前記ばね部材が前記係止部の外周側に配設されることを特徴とする燃料電池用電磁弁。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池用電磁弁において、
前記ガイド部材には、前記バルブボディ側に突出するインロー部が形成され、前記インロー部の外周面が前記バルブボディの内周面に当接するように挿入され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、
前記ガイド部材には、前記ソレノイド部の内部に挿入され、前記可動部材が前記ソレノイド部の励磁作用下に変位する際、前記可動部材を軸線方向に沿ってガイドするガイド部を有す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記載の燃料電池用電磁弁において、
前記弁体部には、前記弁座に着座する一端面側に弾性材料からなる弾性部材が装着される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、
前記弾性部材は、前記弁体部の一端面の反対側となる他端面に装着され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、
前記弾性部材は、前記弁体部の一端面側に装着される一方と、前記弁体部の他端面側に装着される他方とが、前記弁体部の内部に形成される連通孔を介して一体的に形成され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、燃料電池に供給される反応ガスおよび／また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。
【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】
そこで、本出願人は、燃料電池内におけるエアー流路の適宜の位置に設けられ、燃料電池の外部にエアーおよび残留水を排出するカソードドレンバルブと、燃料電池内における水素流路の適宜の位置に設けられ、燃料電池の外部に水素および残留水を排出するアノードドレンバルブを備えた燃料電池の残留水排出装置を提案している（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３０５０１７号公報（第４頁右欄、図５）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記提案に関連してなされたものであり、部品点数を削減することにより組み付け作業性の向上を図るとともに、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。
【０００７】
【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、燃料電池における反応ガスおよび／または残留水を排出する燃料電池用電磁弁において、
前記反応ガスおよび／また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および／また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、
前記ソレノイド部の内部に設けられる固定部材と対向するように設けられ、前記ソレノイド部の励磁作用下に軸線方向に沿って変位し、一端部側に形成される弁体部が弁座に対して着座・離間自在に設けられる可動部材と、
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るとともに、前記可動部材が挿通自在に設けられ、前記弁体部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】
本発明によれば、ガイド部材に弁体部の弁座から離間する方向への変位を規制する係止部を設けている。従って、可動部材の弁体部が弁座から離間する方向に変位した際、前記弁体部の変位が係止部によって規制されるため前記可動部材がその変位作用下に固定部材に接触することが防止される。
【０００９】
一方、前記係止部をガイド部材に対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、コストを低減することができる。また、ガイド部材をバルブボディおよびソレノイド部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るため、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。
【００１０】
また、弁体部が当接する係止部の端面に、所定深さだけ窪んだ切欠部を設けることにより、前記弁体部の変位作用下に前記弁体部が係止部の端面に当接した際、前記切欠部によって前記弁体部と係止部の端面との貼り付きを防止することができる。そのため、弁体部を係止部から容易に離間させることができ、前記弁体を軸線方向に沿って円滑に変位させることができる。
【００１１】
さらに、弁体部と前記ガイド部材との間に介装されるばね部材を、前記係止部の外周側に配設することにより、前記ばね部材を係止部によってガイドすることができる。そのため、前記ばね部材が伸縮した場合においても係止部のガイド作用下に該ばね部材を軸線方向に沿って確実に伸縮させることができる。
【００１２】
さらにまた、ガイド部材に前記バルブボディ側に突出するインロー部を形成し、前記インロー部の外周面を前記バルブボディの内周面に当接するように挿入することにより、前記ガイド部材をバルブボディに対して確実に位置決めすることができる。
【００１３】
そのため、ガイド部材の内部を軸線方向に沿って変位する可動部材の弁体部の軸心と、バルブボディにおいて前記弁体部に対向する位置に形成される弁座との軸心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。また、ガイド部材に対してインロー部を一体的に形成しているため、インロー部を別体で設ける場合と比較して部品点数を削減することができ、それに伴ってコストを低減することができるとともに、組み付け作業性を向上させることができる。
【００１４】
またさらに、ソレノイド部の内部に挿入され、前記可動部材が前記ソレノイド部の励磁作用下に変位する際に軸線方向に沿ってガイドするガイド部を前記ガイド部材に設けることにより、前記ガイド部によるガイド作用下に前記可動部材を軸線方向に沿ってより一層確実かつ精度よく変位させることができる。また、前記ガイド部材に対してガイド部を一体的に形成しているため、ガイド部を別体で設ける場合と比較して部品点数を削減することができ、それに伴ってコストを低減することができるとともに、組み付け作業性を向上させることができる。
【００１５】
さらに、弁体部の弁座に着座する一端面側および前記弁体部の一端面の反対側となる他端面に弾性材料からなる弾性部材を装着することにより、前記弁体部の一端面が弁座に当接した際に確実にバルブボディの内部の気密を保持することができるとともに、前記弁座の他端面側が係止部に当接した際に弁体部に生じる衝撃および衝撃音を緩和することができる。
【００１６】
そして、前記弾性部材の前記弁体部の一端面側に装着される一方と、前記弁体部の他端面側に装着される他方とを弁体部の内部に形成される連通孔を介して一体的に形成することにより、製造工程を短縮化することができ、それに伴ってコストを低減することができる。
【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、前記燃料電池システム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。なお、本実施の形態で用いられる反応ガスは、水素、エアー、余剰水素を含むものとする。
【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。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が接続されている。
【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する供給水素が貯蔵される。
【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り、バイパス通路２３２を介して供給される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設定している。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
また、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、または、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は、反応ガスおよび／または残留水を排出するための燃料電池用排出弁１０が接続されている。
【００３４】
次に、前記燃料電池システム２００に組み込まれた燃料電池用排出弁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。
【００３５】
この燃料電池用排出弁１０（以下、単に排出弁１０という）は、図２および図３に示されるように、図示しない通路を介して水素、エアー（以下、単に流体という）および／または残留水が導入される導入ポート１２と、前記流体および／または残留水が外部へと導出される導出ポート１４とを有するバルブボディ１６と、前記バルブボディ１６の上部に連結され、その内部に可動部材１８が軸線方向に沿って変位自在に設けられるガイド部材２０と、前記ガイド部材２０の上部にプレート部材２２を介して連結されるカバー部材２４と、前記カバー部材２４の内部に配設されるソレノイド部２６と、前記カバー部材２４の外部を覆うように装着される断面略Ｕ字状のハウジング２８とからなる。
【００３６】
バルブボディ１６は金属製材料から形成され、カソード加湿部２２２、アノード加湿部２２８（図１参照）からそれぞれエアー供給用通路または水素供給通路を介して流体（水素、エアー）および／または残留水が導入される導入ポート１２と、前記導入ポート１２と連通し、その内部に弁体部９４（後述する）が軸線方向に向かって変位自在に設けられる連通室３０と、前記連通室３０の内部に導入された流体および／または残留水を外部へと排出する導出ポート１４と、前記連通室３０と導出ポート１４との間に形成される連通路３２と、前記連通室３０の略中央部で上方に向かって突出し、その上面に弁体部９４が着座する弁座部（弁座）３４とからなる。
【００３７】
導入ポート１２は、バルブボディ１６の側面に半径外方向へと突出するように形成され、その内部には、断面略Ｕ字状のフィルタ３６が一体的に装着されている。すなわち、導入ポート１２から導入される流体および／または残留水に塵埃等が含まれていた場合、網目状に形成されるフィルタ３６の有底部位が連通室３０側となるように装着することにより塵埃等が除去され、前記塵埃等が排出弁１０の連通室３０の内部へと進入することを防止できる。
【００３８】
また、導出ポート１４は、前記導入ポート１２とは略反対側となるバルブボディ１６の側面に突出するように形成されるとともに、その内部には図示しないチューブ等に接続される略円筒状の継手部材３８が一体的に螺合されている。なお、継手部材３８は、その内部に形成される流体通路４０を介して導出ポート１４の内部と連通している。
【００３９】
連通路３２は、一方側が連通室３０の下部の略中央部に軸線方向に沿って形成されるとともに、他方側が前記導出ポート１４と同軸上となるように略水平に形成され、バルブボディ１６の内部で互いに略直交するように交差して連通している。
【００４０】
弁座部３４は、連通室３０の下面より上方に向かって所定長だけ突出するように形成され、その略中央部には前記連通路３２の一方が形成されている。
【００４１】
また、バルブボディ１６の上面には、環状溝を介してシール部材４２が装着され、前記ガイド部材２０のフランジ部４６（後述する）との間に挟持されることにより連通室３０の内部の気密を保持している。
【００４２】
ガイド部材２０はバルブボディ１６の上部に一体的に連結され、その上部側に軸線方向に沿って円筒状に延在し、後述するボビン６６の内部に挿入されるガイド部４４と、前記ガイド部４４の下部に半径外方向に拡径して形成され、前記バルブボディ１６とプレート部材２２との間に挟持されるフランジ部４６と、前記フランジ部４６の下面から下方に向かって円筒状に延在し、前記連通室３０の内部に配設されるストッパ部（係止部）４８と、前記ストッパ部４８より半径外方向に所定間隔離間して環状に形成されるとともに、下方に向かって突出するインロー部５０とからなる。なお、前記インロー部５０の下方への突出量は、前記ストッパ部４８の突出量よりも小さく形成されている。
【００４３】
ガイド部４４は薄板円筒状に形成され、その内部には可動部材１８が軸線方向に沿って変位自在にガイドされるガイド孔５２が形成されている。そして、前記ガイド部４４がボビン６６の内周面およびプレート部材２２の後述する貫通孔５６に当接するように挿入されるとともに、前記ガイド部４４の上端が後述する固定部材７０に当接している。
【００４４】
また、ガイド部４４の外周面、前記ガイド部４４が挿通されるカバー部材２４の装着孔５３およびプレート部材２２の上面とによって囲繞される空間には、環状のシール部材４２が装着されている。すなわち、前記シール部材４２によってソレノイド部２６の内部の気密を保持している。
【００４５】
フランジ部４６の下面のストッパ部４８とインロー部５０との間には、前記ガイド部材２０と弁体部９４との間に介装されるばね部材９８の一端部が装着されている。なお、インロー部５０の外周径は、バルブボディ１６の連通室３０の内周径と略同一径となるように形成されている。
【００４６】
すなわち、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、前記インロー部５０を連通室３０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１８とバルブボディ１６の弁座部３４との軸心を容易に一致させることができる。
【００４７】
ストッパ部４８は、フランジ部４６の下面側に下方に向かって延在するように形成され、前記ガイド部４４よりも若干拡径して形成されている。そして、可動部材１８の弁体部９４がソレノイド部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、前記弁体部９４の上面がストッパ部４８の下端面に当接して係止され、変位終端位置となる。なお、前記ストッパ部４８の軸線方向に沿った長さは、可動部材１８の弁体部９４の上面がストッパ部４８の下面に当接した際、可動部材１８の突出部９０が挿入される固定部材７０の凹部８６の上面に接触しないように設定される。
【００４８】
また、前記ストッパ部４８の下端部には、上方に所定深さだけ窪んだ切欠部５４が設けられ、前記切欠部５４は、ストッパ部４８の周方向に沿って所定角度離間して複数設けられている。
【００４９】
すなわち、前記弁体部９４が上方へと変位してストッパ部４８に当接した際、ストッパ部４８の下端面と弁体部９４の上面に設けられた第２シート部１０６（後述する）とが当接して密着した状態となる。そして、弁体部９４を再び軸線方向に沿った下方へと変位させる場合、前記第２シート部１０６は弾性材料から形成されているため、前記弁体部９４の第２シート部１０６が前記ストッパ部４８の下面に貼り付くことがある。
【００５０】
そのような場合においても、ストッパ部４８の下端面に形成された切欠部５４によって弁体部９４の第２シート部１０６の上面とストッパ部４８の下面との間に部分的に非接触部分（空間）ができるため、前記弁体部９４の第２シート部１０６とストッパ部４８とが貼り付くことが防止される。そのため、弁体部９４を変位終端位置から軸線方向に沿った下方に向かって容易に離間させることができ、前記弁体部９４を円滑に変位させることができる。
【００５１】
プレート部材２２は磁性金属製材料によって環状に形成され、ガイド部材２０の上部に一体的に連結されている。そして、前記プレート部材２２の略中央部には、軸線方向に沿って貫通した貫通孔５６が形成され、ガイド部材２０のガイド部４４が挿通されている。
【００５２】
カバー部材２４はプレート部材２２の上部に連結され、そ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５８が設けられている。前記コネクタ部５８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６０が設けられ、前記端子６０はカバー部材２４の内部を介してソレノイド部２６のボビン６６（後述する）へと接続されている。なお、端子６０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。
【００５３】
また、前記カバー部材２４の上面には、半径内方向に張り出した張出部６２が形成され、前記張出部６２の上面に形成された環状溝を介してシール部材４２が装着されている。そして、前記シール部材４２がカバー部材２４とハウジング２８との間に挟持されることにより、ハウジング２８の内部の気密が保持される。
【００５４】
ソレノイド部２６はカバー部材２４の内部に囲繞されるように配設され、その外周面にコイル６４が巻回されたボビン６６と、前記ボビン６６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１８と、前記ハウジング２８の上部にキャップナット６８を介して一体的に連結され、可動部材１８と対向するように配設される固定部材７０とからなる。
【００５５】
ボビン６６は、前記カバー部材２４の内周面に当接するように設けられ、その上端部および下端部には半径外方向へと拡径した第１および第２拡径部７２、７４がそれぞれ形成されている。
【００５６】
第１拡径部７２はカバー部材２４の張出部６２の下面側に当接している。また、第２拡径部７４の下面には環状の溝部７６を介してカバー部材２４の凸部７８と係合している。すなわち、カバー部材２４の内部には、コイル６４が巻回されたボビン６６が一体的に係合され、ボビン６６全体が囲繞されている状態にある。
【００５７】
また、ボビン６６の略中央部には軸線方向に沿って貫通した挿入孔８０が形成され、前記挿入孔８０の上部には磁性金属製材料によって円筒状に形成される固定部材７０が挿入されるとともに、前記固定部材７０の下方には、ガイド部材２０のガイド部４４が挿入されている。
【００５８】
前記固定部材７０は、その上部の略中央部にねじ部８２が上方に向かって突出するように形成されている。そして、前記ねじ部８２がハウジング２８の孔部１１２（後述する）に挿通され、前記ねじ部８２の上方からワッシャ８４を介してキャップナット６８が螺合されることにより固定部材７０がハウジング２８に対して一体的に連結されている。
【００５９】
また、固定部材７０の下面の略中央部には、上方に向かって所定深さだけ窪んだ凹部８６が形成されている。
【００６０】
可動部材１８は磁性金属製材料によって形成され、ガイド部４４の内部を変位自在に設けられる略円柱状の本体部８８と、前記本体部８８の上面略中央部に突出して形成される突出部９０と、前記本体部８８の下方に形成されるシャフト部９２と、前記シャフト部９２の下方に半径外方向に拡径して形成され、弁座部３４に着座・離間自在に設けられる弁体部９４とからなる。
【００６１】
前記突出部９０は、本体部８８よりも縮径して形成されるとともに、可動部材１８が上方へ変位した際、固定部材７０の凹部８６の内部に挿入される。なお、前記突出部９０の軸線方向に沿った高さは、前記凹部８６の軸線方向に沿った深さと略同等もしくは若干小さくなるように形成されている。
【００６２】
シャフト部９２は前記突出部９０よりもさらに縮径して形成され、前記シャフト部９２の下部から下方に向かって徐々に拡径したテーパ状となり、その下端に円盤状の弁体部９４が形成されている。
【００６３】
前記弁体部９４は、連通室３０の内周面に沿って摺動自在に設けられ、その外周側の上面から上方に向かって所定長だけ突出したばね受部９６が形成されている。なお、弁体部９４の外周面と連通室３０の内周面との間には、所定間隔離間したクリアランスが形成されている。
【００６４】
弁体部９４の上面とガイド部材２０のフランジ部４６との間にはばね部材９８が介装され、前記ばね部材９８は、そのばね力によって可動部材１８の弁体部９４を弁座部３４に着座させる方向に付勢している。なお、前記ばね部材９８は、ガイド部材２０のストッパ部４８の外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、ばね部材９８が軸線方向に沿って伸縮する際、前記ストッパ部４８によるガイド作用下に前記ばね部材９８を軸線方向に沿ってより一層確実に伸縮させることができる。
【００６５】
また、弁体部９４の上面とガイド部材２０のフランジ部４６との間に介装されるばね部材９８は、その一端部がフランジ部４６の内周側に形成されるストッパ部４８と前記フランジ部４６の外周側に形成されるインロー部５０との間に装着されているため、フランジ部４６の下面から脱抜することが防止されるとともに、その他端部が弁体部９４のばね受部９６によって弁体部９４から脱抜することが防止される。
【００６６】
さらに、弁体部９４の下面には、その下面から所定深さだけ窪んだ環状の第１装着溝１００を介して第１シート部（弾性部材）１０２が装着されるとともに、前記弁体部９４の上面には、その上面より所定深さだけ窪んだ環状の第２装着溝１０４を介して第２シート部（弾性部材）１０６が装着されている。前記第１および第２シート部１０２、１０６は弾性材料（例えば、ゴム）から形成されている。
【００６７】
前記第１シート部１０２は、弁体部９４が弁座部３４に着座した際に、前記弁座部３４に当接する位置に装着され、第２シート部１０６は弁体部９４が上方に変位してその上面がストッパ部４８に当接した際に、前記ストッパ部４８の下面に当接する位置に装着されている。
【００６８】
また、前記第１および第２装着溝１００、１０４は、弁体部９４の内部に軸線方向に沿って形成される連通孔１０８を介して連通している。そして、第１および第２シート部１０２、１０６は、前記連通孔１０８の内部に装填される弾性材料からなる連結部１１０によって一体的に連結されている。すなわち、第１および第２シート部１０２、１０６は、弾性材料を第１および第２装着溝１００、１０４に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１００に弾性材料を充填することにより前記弾性材料が連通孔１０８を介して第２装着溝１０４にも充填されるため、第１および第２シート部１０２、１０６を容易に一体成形して簡便かつ効率的に装着することができる。
【００６９】
ハウジング２８は磁性金属製材料により形成され、カバー部材２４を上部から囲繞するように装着されている。前記ハウジング２８の上方の略中央部には孔部１１２が形成され、前記孔部１１２には固定部材７０（後述する）の上面に設けられるねじ部８２が挿通され、前記ねじ部８２にはワッシャ８４を介してキャップナット６８が螺合されている。そして、前記固定部材７０がハウジング２８に対して一体的に連結される。
【００７０】
本発明の実施の形態に係る燃料電池用排出弁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。
【００７１】
図１に示されるように、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、または水素排出口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および図３参照）には、前記エアー排出用通路または前記通路に接続されている。そして、導出ポート１４（図２および図３参照）は、図示しないチューブ等と接続されている。
【００７２】
図２は、コイル６４に対してコネクタ部５８を介して電流を供給していない非励磁状態にあり、可動部材１８の弁体部９４の第１シート部１０２が弁座部３４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オフ状態（弁閉状態）を示している。
【００７３】
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５８の端子６０を介してコイル６４に通電することにより前記コイル６４が励磁され、その励磁作用下に磁束がコイル６４から可動部材１８の本体部８８へと向かい、再びコイル６４へと復帰して周回するように発生する。
【００７４】
そして、図３に示されるように、可動部材１８がばね部材９８のばね力に抗して軸線方向に沿って上方へと変位し、前記可動部材１８の下部に形成された弁体部９４の第１シート部１０２が弁座部３４より離間する。
【００７５】
そして、弁体部９４に装着された第２シート部１０６がガイド部材２０のストッパ部４８に当接して変位終端位置となる。なお、その際、弾性材料からなる第２シート部１０６によって弁体部９４が変位終端位置まで変位した際の衝撃が緩和されるとともに、その衝撃音が低減される。
【００７６】
その結果、排出弁１０がオフ状態からオン状態（弁開状態）へと切り換わる。従って、導入ポート１２から導入される水素、エアー等の流体および／または残留水が導入ポート１２から弁体部９４と連通室３０の内周面との間のクリアランスを介して前記連通室３０の内部へと挿入され、導出ポート１４を介して継手部材３８から外部へと排出される。
【００７７】
また、このようなオン状態において、前記流体および／または残留水の外部への排出を停止する場合には、再び可動部材１８の弁体部９４を弁座部３４に着座させて導入ポート１２と導出ポート１４との連通が遮断されたオフ状態とする。
【００７８】
この場合には、図示しない電源よりコイル６４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６４が非励磁状態となり、可動部材１８の本体部８８に付勢されていた上方への変位力がなくなる。
【００７９】
そのため、可動部材１８がばね部材９８のばね力によって下方へと押圧され、前記可動部材１８の弁体部９４における第２シート部１０６がストッパ部４８の下面から離間する。その際、前記ストッパ部４８の下面に弁体部９４の第２シート部１０６が当接した状態において、ストッパ部４８の下面に形成された切欠部５４によって弁体部９４の第２シート部１０６の上面とストッパ部４８の下面との間に予め非接触部分（空間）が設けられるため、前記弁体部９４の第２シート部１０６とストッパ部４８とが貼り付くことが防止される。そのため、弁体部９４を下方へと変位させる際、第２シート部１０６をストッパ部４８の下面から確実かつ容易に離間させることができ、前記可動部材１８を下方に向かって円滑に変位させることができる。
【００８０】
そして、可動部材１８の弁体部９４の第１シート部１０２を弁座部３４に着座させることにより、導入ポート１２と導出ポート１４の連通が遮断された状態となる。その結果、エアー供給用通路または水素供給通路を介して排出弁１０へと導入される水素、エアー等の流体および／または残留水の排出弁１０からの排出が停止される。
【００８１】
以上のように、本実施の形態では、ガイド部材２０のフランジ部４６の下面には、下方に向かって延在するストッパ部４８が形成され、可動部材１８がソレノイド部２６の励磁作用下に上方へと変位した際、その上面に当接することにより前記可動部材１８と一体的に形成された弁体部９４の変位を規制している。そのため、前記可動部材１８が上方に変位した場合においても、前記可動部材１８がストッパ部４８によって軸線方向への変位が規制されて、可動部材１８がその上方に配設された固定部材７０に接触することが防止される。
【００８２】
また、前記ストッパ部４８をガイド部材２０におけるフランジ部４６およびガイド部４４と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２４、バルブボディ１６およびプレート部材２２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。
【００８３】
さらに、ガイド部材２０のストッパ部４８の下面に所定深さだけ窪んだ切欠部５４を設け、前記切欠部５４を周方向に沿って所定角度離間して複数設けることにより、可動部材１８が上方へと変位して、前記可動部材１８の弁体部９４の上面に装着された第２シート部１０６がストッパ部４８の下面に当接した場合においても、前記切欠部５４によって弁体部９４の第２シート部１０６の上面とストッパ部４８の下面との間に非接触部分（空間）ができる。換言すると、前記切欠部５４によって前記第２シート部１０６の上面とストッパ部４８の下面とが、その接触面全体で接触することを防止している。
【００８４】
そのため、前記弁体部９４の第２シート部１０６とストッパ部４８とが貼り付くことが防止され、弁体部９４を下方へと変位させる際、第２シート部１０６をストッパ部４８の下面から確実かつ容易に離間させることができ、前記可動部材１８を下方に向かって円滑に変位させることができる。
【００８５】
さらにまた、可動部材１８の弁体部９４の上面とガイド部材２０のフランジ部４６との間にばね部材９８を介装し、前記ばね部材９８の内周側をストッパ部４８の外周面に当接するように配設することにより、前記ストッパ部４８は、弁体部９４の上方への変位を規制する機能を有するとともに、ばね部材９８のガイド機能を兼ね備えている。そのため、別個にばね部材９８をガイドする部材を設けることがないため部品点数が増大することがない。
【００８６】
またさらに、ガイド部材２０のフランジ部４６の下面にインロー部５０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３０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弁体部９４を有する可動部材１８の軸心と、バルブボディ１６において前記弁体部９４に対向する位置に形成される弁座部３４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。
【００８７】
そして、前記インロー部５０をガイド部材２０に一体的に設けているため、部品点数を削減することができるとともに、前記連通室３０の内周面に当接するようにガイド部材２０のインロー部５０を挿入することにより、ガイド部材２０をバルブボディ１６に対して簡便に組み付けることができる。その結果、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。
【００８８】
また、ガイド部材２０のフランジ部４６の上部に、ボビン６６の内部に挿入される円筒状のガイド部４４が形成され、その内部のガイド孔５２に可動部材１８の本体部８８を挿通自在に設けている。そのため、前記ガイド孔５２によって可動部材１８の本体部８８が軸線方向に沿ってガイドされ、前記可動部材１８の本体部８８をより一層確実に軸線方向に沿って変位させることができる。
【００８９】
また、前記ガイド部４４をガイド部材２０におけるフランジ部４６およびストッパ部４８と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２４、バルブボディ１６およびプレート部材２２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。
【００９０】
さらに、可動部材１８の第１装着溝１００に弾性材料からなる第１シート部１０２を装着することにより、弁体部９４が下方に変位して弁座部３４に着座した際、前記第１シート部１０２が弁座部３４の上面に密着することにより一層確実に連通室３０の内部の気密を保持することができる。
【００９１】
さらにまた、前記弁体部９４の上面に第２装着溝１０４を介して弾性材料からなる第２シート部１０６を装着することによって、弁体部９４が上方に変位してストッパ部４８に当接した際の弁体部９４に生じる衝撃を緩和するとともに、当接した時に発生する衝撃音を低減することができる。
【００９２】
またさらに、第１および第２シート部１０２、１０６を連通孔１０８を介して一体的に成形することにより、製造工程を短縮するとともに、コストを低減することができる。また、第１および第２シート部１０２、１０６は、連通孔１０８の内部に充填されて固化された連結部１１０によって一体的に連結されているため、第１および第２シート部１０２、１０６がそれぞれ第１および第２装着溝１００、１０４から脱抜することが防止される。
【００９３】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００９４】
すなわち、ガイド部材に弁体部の弁座から離間する方向への変位を規制する係止部を設けることにより、可動部材の弁体部が弁座から離間する方向に変位した際、前記可動部材が変位作用下に固定部材に接触することが防止される。
【００９５】
また、前記係止部をガイド部材に対して一体的に形成しているため、部品点数を削減することができ、コストを低減することができるとともに、ガイド部材を組み付ける際の組み付け作業性を向上することができる。
【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】本発明の実施の形態に係る排出弁の弁閉状態を示す縦断面図である。
【図３】図２の排出弁の弁開状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０…排出弁                      １２…導入ポート
１４…導出ポート                  １６…バルブボディ
１８…可動部材                    ２０…ガイド部材
２２…プレート部材                ２４…カバー部材
２６…ソレノイド部                ２８…ハウジング
４４…ガイド部                    ４６…フランジ部
４８…ストッパ部                  ５４…切欠部
６６…ボビン                      ７０…固定部材
８８…本体部                      ９２…シャフト部
９４…弁体部                      ９８…ばね部材
１００…第１装着溝                １０２…第１シート部
１０４…第２装着溝                １０６…第２シート部
１１０…連結部
【図１】
2004183681.tif 000003
【図２】
2004183681.tif 000004
【図３】
2004183681.tif 000005