(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおいて、燃料電池の内部で生じた反応ガスの排気を行う燃料電池用電磁弁の安定性および耐久性の向上を図る。【解決手段】ケーシング１２の内部に配設されるソレノイド部１４と水素が内部に導入される第２バルブボディ１８との間にダイヤフラム９２を挟持するように配設するとともに、前記ソレノイド部１４の励磁作用下に軸線方向に沿って変位するシャフト４６の上端部に弁体１２６を設け、前記弁体１２６の上面と下面にそれぞれ弾性材料からなる第１および第２弾性部材１３２、１３６を装着する。そして、前記弁体１２６が着座部１０６から離間することにより、第１バルブボディ２２の第１ポート２０から導入される反応ガスが第２バルブボディ１８の第２ポート１６から導出される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池から反応ガスを排気する燃料電池用電磁弁において、
前記反応ガス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が排気される導出ポートとを有する本体部と、
前記本体部と連結される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、
前記ケーシングに連結される前記本体部の内部に配設され、前記シャフトの一端部に係合される弁体と、
前記弁体が前記シャフトの変位作用下に着座・離間する弁座と、
前記ケーシングと前記本体部との間に設けられ、前記シャフトに係着されて該シャフトの変位動作に伴って撓曲するとともに、前記ケーシングの内部に配設される前記ソレノイド部と前記本体部とを隔離して該ソレノイド部に対する前記反応ガスの漏出を防止する漏出防止手段と、
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、
前記漏出防止手段は、弾性材料による可撓性部材からな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、
前記導入ポートの内部には、前記反応ガスに含有される塵埃を除去するフィルタ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４】
請求項１記載の燃料電池用電磁弁において、
前記弁体は、前記ソレノイド部の軸線と同軸上で前記本体部の内部に設けられるとともに、前記弁体を前記可撓性部材より前記導入ポートから前記導出ポートへと流通する反応ガスの上流側へ設け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、
前記可撓性部材は、ダイヤフラムからなり、
前記ダイヤフラムは、前記シャフトに一体的に装着される連結部と、
前記連結部より半径外方向に延在するスカート部と、
前記スカート部の外周に形成され、前記本体部と前記ソレノイド部の内部に配設される固定コアとの間に挟持される周縁部と、
を備え、
前記弁体が前記弁座に着座した際、前記シャフトと前記連結部との連結部位が、前記導出ポートの前記ソレノイド部側の内周面下側より前記弁体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６】
請求項４記載の燃料電池用電磁弁において、
前記シャフトには、前記ソレノイド部の内部に軸線方向に沿って変位自在に設けられる可動コアに挿通される他端部より前記可撓性部材側に半径外方向に拡径した拡径部が形成され、前記可動コアの一端面が前記拡径部に当接して係止されるとともに、前記シャフトの他端部の外周面と前記可動コアの内周面との間にクリアランスが設けら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５記載の燃料電池用電磁弁において、
前記ダイヤフラムの周縁部は、前記本体部の半径内方向に突出して形成される押え部によって保持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４記載の燃料電池用電磁弁において、
前記可撓性部材と前記ソレノイド部の内部に配設される固定コアとの間に画成される空間は、その内部と前記本体部の外部とを連通する通路を介して前記空間の内部の流体が前記本体部の外部へと排気されることを特徴とする燃料電池用電磁弁。
【請求項９】
請求項８記載の燃料電池用電磁弁において、
前記通路は、前記固定コアの内部に形成される流体通路と、
前記流体通路と連通し、前記本体部の内部に形成される連通路と、
前記連通路および前記本体部の外部に連通するエア抜きポートと、
を備えることを特徴とする燃料電池用電磁弁。
【請求項１０】
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、前記シャフトの一端部側が係合される係合孔が形成され、前記シャフトの外周面と前記係合孔の内周面との間にクリアランスが設けられるとともに、前記弁体を前記シャフト方向へと付勢するばね部材が設けられることを特徴とする燃料電池用電磁弁。
【請求項１１】
請求項１記載の燃料電池用電磁弁において、
前記弁体は、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１２】
請求項１１記載の燃料電池用電磁弁において、
前記弁体は、前記一端面とは軸線方向において反対となる他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１３】
請求項１２記載の燃料電池用電磁弁において、
前記弾性部材は、前記弁体の一端面側に装着される一方と、前記弁体の他端面側に装着される他方とが、前記弁体の内部の成形通路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。
【請求項１４】
請求項１１記載の燃料電池用電磁弁において、
前記弾性部材は、前記弁体の一端面より前記弁座側に向かって所定長突出することを特徴とする燃料電池用電磁弁。
【請求項１５】
請求項１２記載の燃料電池用電磁弁において、
前記弾性部材は、前記弁体の他端面から前記弁座より離間する方向に所定長突出することを特徴とする燃料電池用電磁弁。
【請求項１６】
請求項１記載の燃料電池用電磁弁において、
前記可動コアには、前記固定コア側に突出した凸部が形成され、前記凸部に対向する位置に前記固定コアの凹部が形成され、前記ケーシングの他端部には、所定長突出した薄肉円筒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１７】
請求項１６記載の燃料電池用電磁弁において、
前記シャフトは、フッ素樹脂によって表面処理が施されることを特徴とする燃料電池用電磁弁。
【請求項１８】
請求項１７記載の燃料電池用電磁弁において、
前記シャフトは、その外周面と前記固定コアの内周面との離間距離を１０〜５０μｍの範囲とす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、燃料電池から反応ガスを排気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】
そして、前記圧力制御弁によって燃料電池の内部に供給している水素が、前記燃料電池の内部で余剰した際、この余剰水素を循環再利用している。しかしながら、運転時間の経過に伴って発電電圧の低下が生じるため、パージ弁を弁開状態として前記燃料電池の内部で余剰した水素を外部へと排気するとともに、燃料電池の内部へ新しい水素のみをパージしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−９３４３８号公報（第３頁左欄）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に係るパージ弁においては、燃料電池より排気される水素は、該燃料電池の内部において加湿された状態であるため、前記パージ弁の内部に前記水素を流通させる際に前記パージ弁の内部に水分が付着して溜まることがある。
【０００７】
一方、前記燃料電池は、寒冷地等の低温状況下で使用する場合が考えられるため、前記パージ弁の内部に付着または溜まった水分が凍結するおそれがある。
【０００８】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、低温状況下においても安定かつ円滑に開閉動作を行って反応ガスを外部へと排気させ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。
【０００９】
【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、燃料電池から反応ガスを排気する燃料電池用電磁弁において、
前記反応ガス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が排気される導出ポートとを有する本体部と、
前記本体部と連結される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、
前記ケーシングに連結される前記本体部の内部に配設され、前記シャフトの一端部に係合される弁体と、
前記弁体が前記シャフトの変位作用下に着座・離間する弁座と、
前記ケーシングと前記本体部との間に設けられ、前記シャフトに係着されて該シャフトの変位動作に伴って撓曲するとともに、前記ケーシングの内部に配設される前記ソレノイド部と前記本体部とを隔離して該ソレノイド部に対する前記反応ガスの漏出を防止する漏出防止手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、ソレノイド部が内部に配設されるケーシングと本体部との間に漏出防止手段を設けている。本体部の内部を流通する反応ガスは加湿されて水分を含有しているため、前記本体部の内部に水分が付着または溜まることがある。その際、本体部とソレノイド部との間に設けられる漏出防止手段によって前記水分がソレノイド部の内部に進入することがなく、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するシャフトに前記水分が付着することがない。その結果、寒冷地等の低温状況下においても、前記シャフトが前記水分によって凍結することがなくシャフトを円滑に変位させることができるため、前記シャフトの変位作用下に前記弁体を円滑に開閉させて反応ガスを外部へと排気することができる。
【００１１】
また、前記シャフトがソレノイド部の励磁作用下に変位した際に発生する摩耗粉等の塵埃が、前記漏出防止手段によって本体部の内部に進入することが防止される。その結果、前記塵埃が弁体または弁座に付着して前記弁体が弁閉状態において反応ガスの漏れが生じることや、前記塵埃が本体部を介して導出ポートより燃料電池の下流側へと流出することが防止される。
【００１２】
さらに、導入ポートの内部に反応ガスに含有される塵埃を除去するフィルタを設けることにより、前記塵埃が本体部の内部に導入されることが防止され、弁体およびシャフトの円滑な動作が妨げられることがない。
【００１３】
さらにまた、漏出防止手段を弾性材料による可撓性部材とし、その可撓性部材をダイヤフラムとする。そして、前記ダイヤフラムを前記シャフトに一体的に装着される連結部と、前記連結部より半径外方向に延在するスカート部と、前記スカート部の外周に形成され、前記本体部と前記ソレノイド部の内部に配設される固定コアとの間に挟持される周縁部とから構成する。
【００１４】
そして、弁体が前記弁座に着座した際、前記シャフトと前記連結部との連結部位を、前記導出ポートの前記ソレノイド部側の内周面下側より前記弁体側に配設することによって、本体部の内部に溜まった水分が低温状況下に凍結した場合においても前記可撓性部材およびシャフトを確実に変位させることができ、その円滑な動作が妨げられることがない。なお、ダイヤフラムの周縁部を本体部の半径内方向に突出した押え部によって保持することにより前記可撓性部材の直径を小型化できるため、受圧面積が小さくなり耐久性を向上させることができる。
【００１５】
またさらに、弁体をソレノイド部の軸線と同軸上で前記本体部の内部に設けることにより、前記弁体を介して本体部の内部に導入される反応ガスに含有される塵埃が可撓性部材によってソレノイド部の内部に進入することを防止することができる。
【００１６】
また、弁体を可撓性部材より前記導入ポートから前記導出ポートへと流通する反応ガスの上流側へ設けることによって、前記可撓性部材を前記弁体より低圧に配設されるため可撓性部材に付勢される圧力の影響を抑制することができる。そのため、可動コアを介してシャフトを変位させるソレノイド部を小型化することができる。
【００１７】
さらに、弁体に形成される係合孔とその内部に係合されるシャフトとの間にクリアランスを設け、前記弁体をシャフト方向へ付勢するばね部材によって常に弁体がシャフトに押圧されているため、前記シャフトまたは弁体が軸線に対して傾斜した場合においても前記クリアランスによって前記シャフトまたは弁体の傾きを吸収して確実に変位させることができる。
【００１８】
さらにまた、前記シャフトには、前記ソレノイド部の内部に軸線方向に沿って変位自在に設けられる可動コアに挿通される他端部より可撓性部材側に半径外方向に拡径した拡径部が形成されている。そのため、前記シャフトの拡径部に可動コアを当接させることにより簡便に可動コアをシャフトに対して組み付けることができる。また、シャフトの他端部の外周面と前記可動コアの内周面との間に設けられるクリアランスによって可動コアの組み付け性を向上させることができる。
【００１９】
またさらに、可撓性部材とソレノイド部の内部に配設される固定コアとの間に画成される空間は、前記固定コアの内部に形成される流体通路と、前記本体部の内部に形成される連通路と、前記連通路および前記本体部の外部に連通するエア抜きポートを介してそれぞれ連通している。その結果、前記空間の内部の流体が、前記エア抜き通路を介して本体部の外部へと排気されるため、ソレノイド部の発熱作用下に前記空間部で圧力膨張が生じることを防止することができる。
【００２０】
また、弁体の弁座に着座する一端面側に弾性材料からなる弾性部材を装着し、前記一端面とは軸線方向において反対となる他端面側に弾性材料からなる弾性部材を装着することにより、前記弁体の一端面が弁座に着座した際に確実に気密を保持することができるとともに、前記弁体の他端面が本体部に当接した際に生じる衝撃および衝撃音を緩和することができる。
【００２１】
そして、弾性部材は、前記弁体の一端面側に装着される一方と、前記弁体の他端面側に装着される他方とを弁体の内部の成形通路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、コストの低減にもつながる。前記弾性部材を、前記弁体の一端面および／または他端面より所定長突出させてより一層確実に気密を保持するとともに、衝撃および衝撃音を緩和することができる。
【００２２】
さらに、可動コアの固定コア側に凸部を設け、前記凸部に対向する位置に前記固定コアの凹部を設け、前記ケーシングの他端部に所定長突出した薄肉円筒部を形成して可動コアに対するサイドギャップを形成している。この際、前記可動コアの他端部の一部が前記薄肉円筒部に重なるようになっている。
【００２３】
このように、可動コアの一端部側と固定コアの対向する端面をそれぞれに対応する凹凸形状とし、前記可動コアの他端部側にサイドギャップを設けることにより、磁路構成部材に多少のばらつきが生じた際においても安定かつ大きな推力を得ることができる。
【００２４】
また、前記薄肉円筒部を形成し、可動コアの他端部の一部がその変位作用下に前記薄肉円筒部の内部に重なるように設けられている。そのため、前記薄肉円筒部へ磁束が流れることが規制される。その結果、可動コアが固定コアから離間する方向に付勢される推力を低減することができる。
【００２５】
すなわち、磁路構成を設けることにより、大きな推力が必要とされる弁開時のみに推力を付勢することができる出力特性とすることができるとともに、弁閉状態とする際に付勢される推力を低減することにより小型化することができる。
【００２６】
さらに、シャフトにフッ素樹脂によって表面処理を施すことにより前記シャフトが軸線方向に沿って変位する際の固定コアの内周面との摺動抵抗が軽減するため耐久性を向上させることができるとともに、前記シャフトの外周面と前記固定コアの内周面との離間距離を１０〜５０μｍの範囲として前記シャフトを高精度に変位させることができる。これにより、弁体の低温時における再着座性を良好とすることができる。
【００２７】
【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水素パージ弁（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。まず、前記燃料電池システム２００の構成について説明する。
【００２８】
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を複数枚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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【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）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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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と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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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と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。
【００４３】
燃料電池スタック２０２の水素排出口２１８には、循環用通路２３０を介して前記燃料電池スタック２０２の内部で余剰した水素を外部へと排気する水素排出部２１６が接続される。前記水素排出部２１６には、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、前記燃料電池スタック２０２の内部の水素を外部へと排気する燃料電池用水素パージ弁１０が設けられ、前記燃料電池用水素パージ弁１０より反応ガスが排気される。
【００４４】
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水素パージ弁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。
【００４５】
この燃料電池用水素パージ弁１０（以下、単に水素パージ弁１０という）は、図３〜図５に示されるように、水素が導入される第１ポート（導入ポート）２０と、前記水素が導出される第２ポート（導出ポート）１６とを有する本体部１１と、前記本体部１１の下部に一体的に連結され、金属製材料からなる薄板材によって形成されるケーシング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、前記ソレノイド部１４の励磁作用下に第１ポート２０と第２ポート１６との連通状態を切り換える弁機構部２４とを有する。
【００４６】
本体部１１は、前記ケーシング１２の上部に一体的に連結され、水素が導入される第１ポート２０が側面に形成される第１バルブボディ２２と、前記第１ポート２０より内部に導入された水素を導出する第２ポート１６を有する第２バルブボディ１８とからなる。
【００４７】
第１バルブボディ２２は、略中央部に水素が導入される第１連通室１１６と、第１バルブボディ２２の側面に形成され、前記第１連通室１１６の内部に水素を導入する第１ポート２０とからなる。
【００４８】
第１バルブボディ２２の上部には、ねじ部材８２およびワッシャ１１８を介して蓋部材１２０が装着され、第１バルブボディ２２の上部を閉塞している。その際、第１バルブボディ２２の上面の環状溝に装着されるシール部材６０によって第１連通室１１６の内部の気密が保持される。
【００４９】
前記蓋部材１２０の下面の略中央部には、下方に向かって突出したストッパ部１２２が形成されている。前記ストッパ部１２２には後述する弁体１２６が上方に変位した際、前記弁体１２６の上面がストッパ部１２２に当接することによりその変位を係止する機能を有する。
【００５０】
また、第１ポート２０の内部の第１通路１２３には、網目状のフィルタ１２４が装着されている。前記フィルタ１２４の網目の開口径は、例えば、１００μｍ以下、好ましくは８０μｍ以下とするとよい。
【００５１】
そして、前記フィルタ１２４はその開口部が半径外方向へと拡径し、前記開口部が第１通路１２３の環状溝に係合しているため、前記フィルタ１２４が第１通路１２３の内部で係止された状態となる。その結果、フィルタ１２４が第１通路１２３においてさらに内部側へと変位することが防止される。すなわち、第１ポート２０の内部にフィルタ１２４を装着することにより、第１連通室１１６の内部に塵埃等が進入することが防止される。
【００５２】
その結果、第１ポート２０より水素パージ弁１０の内部に進入した塵埃等が第１連通室１１６の内部に配設される弁体１２６（後述する）の当接面もしくは後述する弁座１０４の着座部１０６に付着して弁体１２６が着座部１０６に着座した際の気密性が低下することが防止され、前記塵埃等がシャフト４６の摺動部位へと進入することによってシャフト４６の円滑な動作が妨げられることがなく、また、水素パージ弁１０の第２ポート１６から図示しないチューブを介して燃料電池システム２００における下流側へと流出することが防止される。
【００５３】
第１ポート２０の外周面には、環状溝を介してシール部材６０が装着されている。前記第１ポート２０に図示しないチューブを装着した際、前記シール部材６０が前記チューブの内周面との間に挟持され、前記チューブの内部を流通する水素の気密を保持する。
【００５４】
第２バルブボディ１８は、図３および図４に示されるように、第１バルブボディ２２の下部にねじ部材８２およびワッシャ１１８を介して一体的に連結される。また、図３〜図５に示されるように、第２バルブボディ１８には、略中央部に水素が導入される第２連通室８４と、第２バルブボディ１８の側面に形成され、前記第２連通室８４の内部に導入された前記水素が導出される第２ポート１６と、前記第２ポート１６と略直交するように第２バルブボディ１８の側面に形成され（図２参照）、ダイヤフラム９２（後述する）の内部の流体を排気するエア抜きポート８６（図５参照）とからなる。
【００５５】
第２ポート１６は、第２バルブボディ１８の側面から半径外方向へと突出するように形成され、その内部に形成される第２通路８８を介して第２連通室８４と連通している。
【００５６】
第２連通室８４の下部には、半径内方向へと突出した押え部９０が形成され、前記押え部９０とソレノイド部１４のシャフトガイド４０（後述する）との間に弾性材料（例えば、ゴム）からなるダイヤフラム９２が挟持されている。
【００５７】
ダイヤフラム９２は、シャフト４６（後述する）の装着部５４に一体的に装着される連結部９４と、前記連結部９４より半径外方向へと延在する薄肉状のスカート部９６と、前記スカート部９６の外周端に形成される周縁部９８とからなり、前記周縁部９８が押え部９０の環状溝に装着され、前記シャフトガイド４０の上面との間に挟持されている。そして、ダイヤフラム９２によって第２連通室８４の内部の気密を保持している。なお、前記スカート部９６は、薄肉状に形成されているため連結部９４に一体的に連結されるシャフト４６の変位作用下に撓曲自在に形成されている。
【００５８】
すなわち、ダイヤフラム９２の周縁部９８を半径内方向へと張り出した押え部９０によって保持することにより、前記押え部９０がない場合と比較してダイヤフラム９２の外径を小さくすることができる。そのため、ダイヤフラム９２で圧力を受ける受圧面積が小さくなり、前記ダイヤフラム９２に付勢される圧力が低減するため、耐久性を向上させることができる。
【００５９】
また、前記連結部９４は、その内周側がシャフト４６の装着部５４に係合された状態で加熱して焼き付けられている。なお、ダイヤフラム９２の連結部９４をシャフト４６に対して一体的に連結する手段は、焼き付けに限定されるものではない。
【００６０】
さらに、前記ダイヤフラム９２は、後述する弁体１２６が弁座１０４に着座した状態において、ダイヤフラム９２の連結部９４とスカート部９６との接続部位が、第２ポート１６の第２通路８８における内周面の下側（ソレノイド部１４側）より軸線方向で上側となるように設けている。
【００６１】
そして、燃料電池スタック２０２（図１参照）から第２連通室８４の内部に導入される水素は、加湿されているため水分が含有されており、前記水分が第２連通室８４の内部に溜まる場合がある。その際、第２連通室８４の内部に溜まった前記水分の水面位置は、第２通路８８における下側の内周面と略同一高さ、もしくはそれ以下となる。換言すると、ダイヤフラム９２の連結部９４とスカート部９６との接続部位が溜まった水分の内部に進入することがない位置に設けられている。
【００６２】
そのため、前記水分が寒冷地等の低温状況下に第２連通室８４の内部で凍結した際、前記ダイヤフラム９２の可動部位となる連結部９４とスカート部９６との接続部位が、前記水分によって凍結することがないため、低温状況下においてもシャフト４６の変位作用下にダイヤフラム９２を確実に変位させることができる。
【００６３】
すなわち、ソレノイド部１４と第１および第２バルブボディ２２、１８とを隔離するように前記ダイヤフラム９２を設けることにより、第２連通室８４の内部に進入した塵埃等がソレノイド部１４の内部に進入することを防止することができる。その結果、シャフト４６とシャフトガイド４０の挿通孔６６との間に塵埃等が進入することによってシャフト４６の円滑な動作が妨げられることがない。
【００６４】
また、第２連通室８４の内部には、燃料電池スタック２０２（図１参照）から導入される加湿された水素が水分を含有しているため、第２連通室８４の内部に水分が進入する場合がある。その際においても、前記水分が前記ダイヤフラム９２によってソレノイド部１４の内部へ進入することが防止されるため、シャフトガイド４０とシャフト４６との間に付着した水分が寒冷地等の低温状況下において凍結することがなく、また前記水分が凍結することによってシャフト４６の円滑な動作が妨げられることがない。
【００６５】
さらに、第２連通室８４の内部の水分が、ダイヤフラム９２によってソレノイド部１４の内部へと進入することが防止されるため、磁性金属製材料からなる可動コア３６およびシャフト４６に錆びが生じることがなく耐久性を向上させることができる。
【００６６】
さらにまた、シャフト４６がシャフトガイド４０の挿通孔６６の内部を摺動して摩耗粉が発生した際、その摩耗粉等の塵埃がダイヤフラム９２によって第２連通室８４の内部へと進入することが防止される。その結果、前記摩耗粉が第２連通室８４から第２ポート１６を介して燃料電池システム２００（図１参照）における下流側へ流出することがない。
【００６７】
また、ダイヤフラム９２のスカート部９６とフランジ部６２の上面との間の空間は、第２連通路７４を介して流体通路７０と連通している。
【００６８】
第２バルブボディ１８の上部には、環状凹部１０２を介して断面略ハ字状の弁座１０４が装着され、その周縁部が第１バルブボディ２２の下面との間に挟持されている。その際、弁座１０４の上面の環状溝に装着されたシール部材６０によって第１バルブボディ２２の内部の気密が保持される。
【００６９】
弁座１０４は、上方に向かって段階的に縮径するように形成され、その上端面には、前記弁体１２６が着座する着座部１０６が略水平に形成されている。
【００７０】
また、前記環状凹部１０２の下面には、環状溝を介してシール部材６０が装着され、弁座１０４の下面が当接することにより弁座１０４の内部と連通する第２連通室８４の内部の気密を保持している。
【００７１】
さらに、前記着座部１０６は、その上面が第１ポート２０の第１通路１２３における内周面の下側よりも上側となるように設けられている。
【００７２】
そして、燃料電池スタック２０２（図１参照）から第１連通室１１６の内部に導入される水素は、加湿されているため水分が含有されており、前記水分が第１連通室１１６の内部に溜まる場合がある。その際、第１連通室１１６の内部に溜まった前記水分の水面位置は、第１通路１２３における下側の内周面と略同一高さとなる。換言すると、第１連通室１１６の内部に溜まった水分が、着座部１０６に着座する弁体１２６と接触することがない。
【００７３】
そのため、寒冷地等の低温状況下に前記水分が第１連通室１１６の内部で凍結した際、前記弁体１２６および着座部１０６が前記水分によって凍結することがなく、低温状況下においてもシャフト４６の変位作用下に確実に弁体１２６を変位させることができる。
【００７４】
一方、図５に示されるように、第２バルブボディ１８の側面に形成されるエア抜きポート８６には、図示しないチューブが接続される継手部材１０８が外部より装着されている。
【００７５】
エア抜きポート８６の内部には、前記エア抜きポート８６と略直交し、かつフランジ部６２に形成される第１連通路７２と対向する位置に第３連通路１１０が形成される。前記第３連通路１１０は第１連通路７２と連通するように形成されている。
【００７６】
すなわち、ダイヤフラム９２のスカート部９６とフランジ部６２の上面との間の空間は、第２連通路７４、流体通路７０、第１連通路７２および第３連通路１１０を介して継手部材１０８の内部と連通している。
【００７７】
継手部材１０８は金属製材料からなり、エア抜きポート８６に装着される接続部１１２が略水平に形成されるとともに、前記接続部１１２より上方に向かって所定角度傾斜するように傾斜部１１４が形成されている。継手部材１０８は、その内部に形成される通路１１５を介してエア抜きポート８６と連通している。なお、前記継手部材１０８は、前記傾斜部１１４に接続される図示しないチューブを介して大気開放されている。
【００７８】
そして、図３〜図５に示されるように、ソレノイド部１４のコイル３２に電流が供給されて該コイル３２が励磁状態になる際に前記コイル３２が発熱する。その場合、ダイヤフラム９２のスカート部９６とフランジ部６２の上面との間に画成される空間の内部の流体がコイル３２の発熱作用下に温度上昇して膨張し、その体積が増大する。
【００７９】
その際、前記空間は、第２連通路７４、流体通路７０、第１および第３連通路７２、１１０、継手部材１０８を介して大気と連通しているため、前記空間の内部で膨張した流体が外部へと排気される。
【００８０】
その結果、空間の内部で膨張した流体の圧力作用下にダイヤフラム９２が上方へと変位し、それに伴ってシャフト４６が上方へと変位することにより弁体１２６が着座部１０６から離間して弁開状態となることを防止することができる。
【００８１】
断面略コ字状に形成される磁性金属製材料からなるケーシング１２は、第２バルブボディ１８の下部に一体的に連結され、その略中央部には下方に向かって所定長だけ突出した薄肉円筒部２６が設けられている。そして、前記薄肉円筒部２６の内周径は、後述する可動コア３６の外周径よりも大きく形成される。この場合、前記可動コア３６がソレノイド部１４の励磁作用下に変位する際、前記可動コア３６が薄肉円筒部２６の内部を軸線方向に沿って変位可能な直径に形成されている。
【００８２】
すなわち、ケーシング１２の内部を軸線方向に沿って変位する可動コア３６の直径に対応した薄肉円筒部２６のみを下方に突出させることにより、前記ケーシング１２全体を下方に突出させた場合と比較して小型化することができる。
【００８３】
また、薄肉円筒部２６の内部には、その略中央部に上方に向かって突出したばねガイド部２８が形成されている。前記ばねガイド部２８には、後述する第１ばね部材４２の一端部が係合される。
【００８４】
さらに、ケーシング１２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リード線が接続されるコネクタ部３０（図２および図５参照）が設けられている。
【００８５】
ソレノイド部１４は、前記ケーシング１２の内部に配設され、コイル３２が巻回されたボビン３４と、前記コイル３２の励磁作用下に軸線方向に沿って変位自在に設けられる円筒状の可動コア３６と、前記コイル３２が巻回されたボビン３４を囲繞するカバー部材３８と、前記ケーシング１２の上端部を閉塞するように配設されるシャフトガイド（固定コア）４０と、前記可動コア３６とケーシング１２のばねガイド部２８との間に介装され、前記可動コア３６を前記薄肉円筒部２６から離間する方向に付勢する第１ばね部材４２とからなる。
【００８６】
ボビン３４の下面が、ケーシング１２の下部に載置されるように配設されるとともに、前記ボビン３４の内周径は、ケーシング１２における薄肉円筒部２６の内周径と略同等となるように形成されている。
【００８７】
ボビン３４の内部には、磁性金属製材料からなる円筒状の可動コア３６が軸線方向に沿って挿通自在に設けられている。そして、可動コア３６の外周面は、ボビン３４の内周面と所定間隔離間するように設けられている。すなわち、可動コア３６が軸線方向に沿って変位する際、該可動コア３６の外周面がボビン３４の内周面に接触することがなく摩耗が防止される。
【００８８】
そして、可動コア３６の略中央部には、軸線方向に沿って形成された貫通孔４４を介して長尺のシャフト４６の一端部が挿通されている。
【００８９】
前記シャフト４６は、その一端部側に形成され、可動コア３６の内部に挿通される第１軸部４８と、他端部側に形成され、弁体１２６に係合される第２軸部５０と、前記第１軸部４８と第２軸部５０との間に形成され、シャフトガイド４０の内部を挿通する第３軸部５２とからなる。そして、第３軸部５２の第２軸部５０側には、半径外方向へと拡径して環状に形成される一対の装着部５４が形成されている。なお、シャフト４６の直径は、第２軸部５０、第１軸部４８、第３軸部５２の順番に大きくなるように形成されている。
【００９０】
なお、前記貫通孔４４の内周径は、該貫通孔４４の内部に挿通される第１軸部４８の軸径よりも若干大きく形成されている。そのため、シャフト４６に対して可動コア３６を組み付ける際、前記可動コア３６の貫通孔４４を第１軸部４８へと挿通し、該可動コア３６の上端面を第３軸部５２の下面に当接させる。
【００９１】
そして、ばね受孔５６とばねガイド部２８との間に第１ばね部材４２を介装することにより、前記可動コア３６の上端面が第１ばね部材４２のばね力によってシャフト４６の第３軸部５２の下面へと押圧された状態で組み付けられる。すなわち、可動コア３６をシャフト４６に対して簡便に組み付けることができる。
【００９２】
また、シャフト４６の外周面には、フッ素コーティングが施されている。その結果、前記シャフト４６が変位する際、前記第３軸部５２が摺動するシャフトガイド４０の挿通孔６６との摺動抵抗が低減するため、シャフト４６およびシャフトガイド４０の摩耗が低減し、耐久性を向上させることができる。また同時に、シャフト４６が前記挿通孔６６の内部を摺動する際に発生する摩耗粉の発生を抑制することができる。
【００９３】
さらに、シャフト４６の外周面に施されたフッ素コーティングには、水分をはじく撥水効果があるため、シャフト４６の外周面に水分が付着することがなくシャフト４６の錆びを防止し、前記シャフト４６の耐久性を向上させることができる。
【００９４】
一方、可動コア３６の貫通孔４４の下方には、ケーシング１２のばねガイド部２８と対向する位置にばね受孔５６が形成されている。前記ばね受孔５６は、貫通孔４４より半径外方向に拡径し、下方に向かって徐々に拡径するテーパ状に形成される。前記ばね受孔５６には、ケーシング１２のばねガイド部２８に係合される第１ばね部材４２の他端部側が係合されている。
【００９５】
また、可動コア３６の上部には、その略中央部に所定長だけ突出した凸部５８が形成されている。
【００９６】
カバー部材３８は樹脂製材料からなり、その上部側がボビン３４の上部とシャフトガイド４０との間に挟持され、その下部側がケーシング１２とボビン３４の下部との間に挟持され、そして、その外周側がボビン３４とケーシング１２の内周面との間に挟持されている。そのため、カバー部材３８によってコイル３２が巻回されたボビン３４が囲繞される。
【００９７】
また、カバー部材３８の下面には、環状溝を介してシール部材６０が装着され、そのシール部材６０がケーシング１２に当接することにより前記ケーシング１２の内部の気密が保持されるとともに、カバー部材３８の上部側の内周側端部とシャフトガイド４０のフランジ部６２との間に装着されるシール部材６０によってケーシング１２の内部の気密を保持している。
【００９８】
シャフトガイド４０は、磁性金属製材料により断面略Ｔ字状に形成され、その上部側に半径外方向に拡径して形成されるフランジ部６２によってケーシング１２の上部を閉塞するように配設されている。また、前記フランジ部６２の下方側には、前記フランジ部６２より半径内方向に縮径したガイド部６４が形成され、前記ガイド部６４はボビン３４の内部に挿入されている。
【００９９】
前記シャフトガイド４０の略中央部には、軸線方向に沿って形成される挿通孔６６を介してシャフト４６の第３軸部５２が変位自在にガイドされている。
【０１００】
その際、第３軸部５２の外周面と挿通孔６６の内周面との間に画成されるクリアランスを微小（例えば、１０〜５０μｍの範囲内とする。なお、１０μｍ未満でシャフト４６の作動限界となる。）とすることにより、一層確実にシャフト４６を軸線方向に沿って変位させることができる。そのため、弁体１２６を着座部１０６に対してより一層確実に着座させることができるとともに、前記弁体１２６の着座部１０６への着座位置を安定させることができる。これにより、弁体１２６の低温状況下における再着座性を良好とすることができる。
【０１０１】
また、前記シャフトガイド４０の下面には、前記可動コア３６の凸部５８に対向する位置に凹部６８が形成されている。前記凹部６８の軸線方向に沿った高さは、前記凸部５８の軸線方向に沿った高さと略同等もしくは若干高くなるように形成されている。そして、前記凹部６８の直径を凸部５８の直径よりも大きく形成することにより、可動コア３６の上方への変位作用下に凸部５８が凹部６８へと挿入される。
【０１０２】
フランジ部６２の内部には、図５に示されるように、その側面から半径内方向に向かって略水平方向に延在する流体通路７０が形成されている。
【０１０３】
また、フランジ部６２の外周側には、前記流体通路７０と略直交するように第１連通路７２が上方へ向かって形成されるとともに、内周には、前記流体通路７０と略直交するように第２連通路７４が上方に向かって形成されている。そして前記第１および第２連通路７２、７４は、それぞれ流体通路７０と連通している。
【０１０４】
前記流体通路７０には、フランジ部６２の外周側より球状の閉塞プラグ７６が内部へと圧入されている。すなわち、前記閉塞プラグ７６の直径は、前記流体通路７０の直径よりも若干大きく形成されているため、前記閉塞プラグ７６を流体通路７０の内部へと圧入することによって流体通路７０の外部との連通状態が遮断され、流体が前記流体通路７０を介してフランジ部６２の側面から外部へと漏出することが防止される。なお、前記閉塞プラグ７６は、流体通路７０において第１連通路７２よりフランジ部６２の外周側に圧入される。
【０１０５】
また、フランジ部６２には、軸線方向に沿って貫通した孔部７８ａが形成され、前記孔部７８ａには円柱状の係止ピン８０が装着されている。そして、前記孔部７８ａに装着された前記係止ピン８０の上部が、第１バルブボディ１８の下面に形成される孔部７８ｂに挿入される。その結果、フランジ部６２に対する第１バルブボディ１８の位置決めが確実に行われる。
【０１０６】
弁機構部２４は、第２バルブボディ１８の第１連通室１１６の内部に配設され、シャフト４６の軸線方向に沿った変位作用下に変位する弁体１２６と、前記弁体１２６の上面と蓋部材１２０との間に介装される第２ばね部材１２８とからなる。なお、第２ばね部材１２８は、弁体１２６を蓋部材１２０から離間する方向に付勢するとともに、蓋部材１２０の下面から弁体１２６に向かって徐々に縮径するテーパ状に形成されている。
【０１０７】
弁体１２６は、その下面の着座部１０６と対向する位置に所定深さだけ窪んだ第１溝部１３０が形成され、前記第１溝部１３０には弾性材料から環状に形成される第１弾性部材１３２が装着されている。第１弾性部材１３２に採用される弾性材料は、低温状況下（例えば、氷点下２０℃）においてもその弾性特性が保持される。
【０１０８】
そして、弁体１２６がシャフト４６の変位作用下に下方へと変位し、第１弾性部材１３２が着座部１０６に着座した際、第１弾性部材１３２が弾性材料で形成されているため、着座部１０６に着座して確実にシールすることができる。なお、前記第１弾性部材１３２は、寒冷地等の低温状況下においてもその弾性機能が低下することがないため、低温状況下においても確実にシールすることができる。
【０１０９】
また、弁体１２６の上面の略中央部には、所定深さだけ窪んだ第２溝部１３４を介して弾性材料からなる第２弾性部材１３６が装着される。
【０１１０】
すなわち、シャフト４６の変位作用下に弁体１２６が上方へと変位した際、前記弁体１２６の上面に設けられた第２弾性部材１３６がストッパ部１２２に当接することにより、該第２弾性部材１３６によって弁体１２６が当接した際の衝撃を緩和し、弁体１２６がストッパ部１２２に当接した際に発生する衝撃音を低減することができる。換言すると、第２弾性部材１３６は、弁体１２６がストッパ部１２２に当接した際の衝撃を吸収するアブソーバ機能を有している。
【０１１１】
さらに、前記第１および第２弾性部材１３２、１３６は、それぞれ弁体１２６の下面および上面から軸線方向に若干突出するように設けられている。すなわち、第１弾性部材１３２を所定長だけ下面から突出させることにより、一層確実に着座部１０６に着座させてシールすることができる。なお、第１弾性部材１３２を予め下面から突出するように成形した後、切削等の後加工によって着座部１０６に着座する第１弾性部材１３２の当接面を略平面状となるように加工してもよい。
【０１１２】
すなわち、弾性材料により成形された第１弾性部材１３２の当接面の状態にかかわらず、後加工によって前記当接面を略平面状とすることにより、略平面状に加工された当接面によって一層確実にシールすることができる。そのため、第１弾性部材１３２の当接面が着座部１０６に確実に着座し、第１連通室１１６の内部を流通する水素の漏出を防止することができる。
【０１１３】
一方、第１弾性部材１３２の着座部１０６との当接面および第２弾性部材１３６のストッパ部１２２との当接面には、フッ素コーティングが施されている。すなわち、弾性材料からなる第１および第２弾性部材１３２、１３６の表面にフッ素コーティングを施すことにより、その変位作用下に第１および第２弾性部材１３２、１３６の当接面がそれぞれストッパ部１２２および着座部１０６に当接した際に貼着することを防止することができる。
【０１１４】
また、第１および第２弾性部材１３２、１３６に施されたフッ素コーティングには、水分をはじく撥水効果を有するため、第１および第２弾性部材１３２、１３６に水分が付着することを防止することができる。すなわち、水素パージ弁１０を寒冷地等の低温状況下で使用した場合においても、第１および第２弾性部材１３２、１３６に水分が付着して凍結することがないため、凍結によって弁体１２６の円滑な動作が妨げられることがない。
【０１１５】
なお、前記フッ素コーティングは、第１および第２弾性部材１３２、１３６の当接面にのみ施される場合に限定されるものではなく、前記第１および第２弾性部材１３２、１３６の表面全体にフッ素コーティングを施してもよいし、第１および第２弾性部材１３２、１３６の全体をフッ素系のゴム材料で形成するようにしてもよい。
【０１１６】
さらに、弁体１２６の上面に形成される第１溝部１３０と、前記弁体１２６の下面に形成される第２溝部１３４とは、図３および図４に示されるように、前記弁体１２６の軸線方向に沿って形成される成形通路１３８を介して連通している。すなわち、第１および第２弾性部材１３２、１３６を成形する際、第１溝部１３０または第２溝部１３４のいずれか一方に弾性材料を充填することにより、前記弾性材料が成形通路１３８を介して第２または第１溝部１３０にも充填される。その結果、第１および第２弾性部材１３２、１３６を成形通路１３８を介して一体的に成形することができるため、コストを低減することができるとともに、第１および第２弾性部材１３２、１３６の成形工程を短縮化することができる。
【０１１７】
そして、第１および第２弾性部材１３２、１３６は、成形通路１３８の内部に充填された弾性材料によって連結された状態にあるため、前記連結部位によって第１および第２弾性部材１３２、１３６がそれぞれ第１溝部１３０および第２溝部１３４から脱落することが防止される。
【０１１８】
また、弁体１２６の下面には、その略中央部に係合孔１４０が形成され、前記係合孔１４０には、シャフト４６の他端部側に形成される第２軸部５０が挿入されている。なお、係合孔１４０の直径は、前記第２軸部５０の軸径よりも大きく形成されているため、前記第２軸部５０の外周面と係合孔１４０の内周面との間に半径方向のクリアランスを有する状態で係合されている。
【０１１９】
その際、第２ばね部材１２８が、蓋部材１２０から弁体１２６に向かって縮径するテーパ状に形成されているため、前記第２ばね部材１２８のばね力は、弁体１２６をシャフト４６の上部へと押圧する方向と、弁体１２６を外周側から半径内方向へと押圧する方向とが合わされた状態で付勢されている。
【０１２０】
そして、弁体１２６には、第２ばね部材１２８によって係合孔１４０を介して常にシャフト４６の上部に押圧力が付勢されるとともに、常に半径内方向へと押圧されているため略中央部に係合されたシャフト４６の上部が係合孔１４０の内部に好適に保持される。そのため、係合孔１４０の内部に係合されたシャフト４６の上部が該係合孔１４０より脱抜することがない。
【０１２１】
その結果、ソレノイド部１４の励磁作用下に変位するシャフト４６が何らかの原因により軸線に対して傾斜した場合においても、前記弁体１２６は係合孔１４０とシャフト４６との間に画成されたクリアランスによって前記シャフト４６の傾きを吸収することができる。そのため、シャフト４６が傾斜した際、前記シャフト４６の傾斜の影響を受けることなく第２ばね部材１２８のばね力によって弁体１２６を着座部１０６に確実に着座させることができる。
【０１２２】
また同様に、弁体１２６が何らかの原因により軸線に対して傾斜した場合においても、係合孔１４０とシャフト４６との間に画成されたクリアランスによって弁体１２６の傾きを吸収することができる。そのため、シャフト４６が軸線方向に変位する際に前記弁体１２６の傾斜の影響を受けることなく軸線方向に沿って円滑に変位させることができる。
【０１２３】
本発明の実施の形態に係る水素パージ弁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。
【０１２４】
図１に示されるように、燃料電池システム２００において、水素パージ弁１０の第１ポート２０には、図示しないチューブを介して燃料電池スタック２０２の内部の水素を排気するための水素排出口２１８（図１参照）に接続される。
【０１２５】
図３は、コイル３２に対してコネクタ部３０より電流を供給していない非励磁状態にあり、弁体１２６の第１弾性部材１３２が着座部１０６に着座して第２ポート１６と第１ポート２０との連通が遮断されたオフ状態（弁閉状態）を示している。
【０１２６】
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イル３２に通電することにより前記コイル３２が励磁され、その励磁作用下に磁束がコイル３２から可動コア３６へと向かい、再びコイル３２に復帰して周回するように発生する。
【０１２７】
そして、図４に示されるように、可動コア３６が軸線方向に沿った上方へと変位し、前記可動コア３６に挿通されたシャフト４６を介して弁体１２６が第２ばね部材１２８のばね力に抗して着座部１０６から離間する。
【０１２８】
その際、弁体１２６が上方へ変位して第２弾性部材１３６がストッパ部１２２へと当接することにより、前記第２弾性部材１３６によって弁体１２６への衝撃が緩衝されるとともに、当接時に発生する衝撃音が低減される。
【０１２９】
その結果、水素パージ弁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、燃料電池スタック２０２の内部において余剰した水素が前記燃料電池スタック２０２の水素排出口２１８から導出され、前記水素が図示しないチューブを介して第１ポート２０から導入される。そして、前記第１ポート２０から導入された水素が第１連通室１１６から弁座１０４の内部を介して第２連通室８４へと流通して第２ポート１６から導出される。
【０１３０】
また、このようなオン状態において、再び弁体１２６が着座部１０６に着座して第２ポート１６と第１ポート２０との連通が遮断されたオフ状態とする場合には、図示しない電源よりコイル３２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３２が非励磁状態となり、可動コア３６が下方へと変位する。また略同時に、前記弁体１２６が第２ばね部材１２８のばね力によって下方へと押圧される。そして、前記第２ばね部材１２８のばね力によって弁体１２６が着座部１０６へと着座することにより、第２連通室８４と第１連通室１１６との連通が遮断される。すなわち、第２ポート１６と第１ポート２０との連通が遮断された状態となる。
【０１３１】
以上のように、本実施の形態では、第１ポート２０の第１通路１２３における下面より弁体１２６の着座部１０６が上方となるように形成することにより、第１ポート２０から導入される加湿された水素に含有される水分が第１連通室１１６の内部に溜まって低温状況下において凍結した場合においても、弁体１２６および着座部１０６が凍結することがない。そのため、凍結によって前記弁体１２６の円滑な動作が妨げられることがなく、低温状況下においても弁体１２６を着座部１０６に対して安定かつ確実に着座・離間させることができる。
【０１３２】
また、ダイヤフラム９２の連結部９４とスカート部９６との接続部位を第２ポート１６の第２通路８８における下面から上方となるように形成することにより、第１ポート２０から導入される加湿された水素に含有される水分が第２連通室８４の内部に溜まり、低温状況下において凍結した場合においても、ダイヤフラム９２の可動部位が凍結することがない。そのため、凍結によって前記ダイヤフラム９２の円滑な動作が妨げられることがなく、低温状況下においてもダイヤフラム９２をシャフト４６の変位作用下に軸線方向に変位させることができる。
【０１３３】
すなわち、第１および第１連通室１１６の内部に水分が溜まり、寒冷地等の低温状況下において前記水分が凍結した場合においても、弁体１２６およびダイヤフラム９２の円滑な動作が妨げられることがなく確実に変位させることができるため、低温状況下においても水素を確実に排気させることができる。
【０１３４】
また、第２バルブボディ１８とソレノイド部１４とを隔離するように弾性材料からなるダイヤフラム９２を設けることにより、加湿された水素が第２連通室８４の内部に導入した際に前記水分がソレノイド部１４の内部に進入することを防止することができる。そのため、低温状況下においてもシャフト４６および可動コア３６の円滑な動作が妨げられることがなく、円滑かつ確実に変位させることができる。また、磁性金属製材料からなるシャフト４６および可動コア３６が前記水分によって錆びることが防止されるため耐久性が低下することがない。
【０１３５】
一方、ソレノイド部１４でシャフト４６がシャフトガイド４０の挿通孔６６の内部を摺動する際に発生する摩耗粉等の塵埃がダイヤフラム９２によって第２連通室８４へと進入することが防止される。そのため、第２連通室８４から第１連通室１１６へと進入した塵埃が着座部１０６等に付着することにより弁体１２６による気密性が低下することがなく、前記塵埃が第２ポート１６を介して燃料電池システム２００の下流側へと流出することがない。
【０１３６】
すなわち、第２バルブボディ１８とソレノイド部１４とを隔離するように弾性材料からなるダイヤフラム９２を設けることにより、ソレノイド部１４の内部に第１および第１連通室１１６から水分が進入することが防止されるとともに、第１および第１連通室１１６の内部にソレノイド部１４で発生した塵埃が進入することが防止される。
【０１３７】
さらにまた、弁体１２６の第１および第２溝部１３０、１３４に弾性材料からなる第１および第２弾性部材１３２、１３６を設けることにより、弁体１２６が下方へと変位した際に第１弾性部材１３２を着座部１０６に当接させ、一層確実に第２連通室８４と第１連通室１１６との気密を保持することができる。また、弁体１２６の上部に設けられた第２弾性部材１３６によって、弁体１２６が上方へと変位してストッパ部１２２に当接した際の前記弁体１２６に生じる衝撃を緩和するとともに、衝撃音を低減することができる。
【０１３８】
さらに、第１および第２弾性部材１３２、１３６を弾性材料によって一体成形することにより、製造工程を短縮することができるとともに、コストを低減することができる。
【０１３９】
さらにまた、ダイヤフラム９２を弁体１２６より軸線方向に沿った下方に設けることにより、第１および第２連通室１１６、８４の内部に導入される水素に塵埃が含まれていた場合、前記塵埃は重力の作用下に下方へと落下する。その際、下方へと落下した塵埃は、ダイヤフラム９２によってソレノイド部１４に進入することが防止される。
【０１４０】
またさらに、可動コア３６の貫通孔４４の内周面とシャフト４６の第１軸部４８の外周面との間のクリアランスを小さくすることにより、貫通孔４４の内部におけるシャフト４６の軸線に対する傾き量を低減させることができる。そのため、シャフト４６を軸線方向に沿ってより一層確実に変位させることができる。その結果、弁体１２６を着座部１０６に対してより一層確実に着座させることができるとともに、前記弁体１２６の着座部１０６への着座位置を安定させることができる。
【０１４１】
また、弁体１２６の係合孔１４０とその内部に挿入されるシャフト４６の第３軸部５２の端部の外周面との間にクリアランスを設けることにより、シャフト４６または弁体１２６が何らかの原因により軸線に対して傾斜した場合においても、前記クリアランスによって前記シャフト４６または弁体１２６の傾きを吸収することができる。
【０１４２】
そのため、シャフト４６が傾斜した際、その影響を受けることなく第２ばね部材１２８のばね力によって弁体１２６を着座部１０６に確実に着座させることができるとともに、弁体１２６が傾斜した際、その影響を受けることなくシャフト４６を軸線方向に沿って円滑に変位させることができる。
【０１４３】
このように、可動コア３６の一端部側とシャフトガイド４０の対向する端面をそれぞれ対応する凹凸形状とし、前記可動コア３６の他端部側にサイドギャップを設けることにより、磁路構成部材に多少のばらつきが生じた際においても安定かつ大きな推力を得ることができる。
【０１４４】
また、前記薄肉円筒部２６を形成し、可動コア３６の他端部の一部がその変位作用下に前記薄肉円筒部２６の内部に重なるように設けられている。そのため、前記薄肉円筒部２６へ磁束が流れることが規制される。その結果、可動コア３６がシャフトガイド４０から離間する方向に付勢される推力を低減することができる。
【０１４５】
すなわち、磁路構成を設けることにより、大きな推力が必要とされる弁開時のみに推力を付勢する出力特性とすることができるとともに、弁閉状態とする際に付勢される推力を低減することにより小型化することができる。
【０１４６】
なお、本発明の実施の形態に係る水素パージ弁１０においては、反応ガスとして水素排出部２１６から排気される余剰水素に用いるようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、エアー排出部２０８から排気されるエアーに用いるようにしてもよい。
【０１４７】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【０１４８】
すなわち、ソレノイド部が内部に配設されるケーシングと本体部との間に漏出防止手段を設けることにより、反応ガスに含有される水分がソレノイド部の内部に進入することがないため、寒冷地等の低温状況下においても、前記シャフトが前記水分によって凍結することがなく円滑に変位させることができ、前記シャフトの変位作用下に前記弁体を円滑に開閉させて反応ガスを外部へと排気することができる。
【０１４９】
また、前記シャフトが軸線方向に変位した際に発生する摩耗粉等の塵埃が、前記漏出防止手段によって本体部の内部に進入することが防止されるため、前記塵埃が弁体または弁座に付着して弁閉状態において反応ガスの漏れが発生することや、前記塵埃が本体部を介して導出ポートより燃料電池の下流側へと流出することが防止される。
【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水素パージ弁の平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った縦断面図である。
【図４】図３における水素パージ弁の弁開状態を示す縦断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。
【符号の説明】
１０…水素パージ弁                １２…ケーシング
１４…ソレノイド部                ２４…弁機構部
３２…コイル                      ３４…ボビン
３６…可動コア                    ４０…シャフトガイド
４２…第１ばね部材                ４６…シャフト
６２…フランジ部                  ７０…流体通路
８６…エア抜きポート              ９０…押え部
９２…ダイヤフラム                １０４…弁座
１０６…着座部                    １０８…継手部材
１２２…ストッパ部                １２４…フィルタ
１２６…弁体                      １２８…第２ばね部材
１３２…第１弾性部材              １３６…第２弾性部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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