(57)【要約】【課題】パイロット式電磁弁を小型化、若しくは、パイロット式電磁弁の消費電力を抑制する。【解決手段】パイロット式電磁弁であって、ソレノイドと、主弁シート部と、ソレノイドの励磁に応じて、第１方向に吸引される主弁体と、を有する主弁と、パイロット弁シート部と、ソレノイドの励磁に応じて、第２方向に吸引されるパイロット弁体と、を有するパイロット弁と、主弁体を、第１方向とは反対の方向に押圧し、ソレノイドの消磁時において、主弁体を第１押圧力で押圧することで、主弁シート部と主弁体とを嵌合させ、主弁を閉弁させるための第１弾性体と、イロット弁体を、第２方向とは反対の方向に押圧し、ソレノイドの消磁時において、パイロット弁体を第１押圧力より小さい第２押圧力で押圧することで、パイロット弁シート部とパイロット弁体とを嵌合させ、パイロット弁を閉弁させる第２弾性体と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイロット式電磁弁であって、
ソレノイドと、
主弁シート部と、前記ソレノイドの励磁に応じて、第１方向に吸引される主弁体と、を有する主弁と、
パイロット弁シート部と、前記ソレノイドの励磁に応じて、第２方向に吸引されるパイロット弁体と、を有するパイロット弁と、
前記主弁体を、前記第１方向とは反対の方向に押圧し、前記ソレノイドの消磁時において、前記主弁体を第１押圧力で押圧することで、前記主弁シート部と前記主弁体とを嵌合させ、前記主弁を閉弁させるための第１弾性体と、
前記パイロット弁体を、前記第２方向とは反対の方向に押圧し、前記ソレノイドの消磁時において、前記パイロット弁体を第１押圧力より小さい第２押圧力で押圧することで、前記パイロット弁シート部と前記パイロット弁体とを嵌合させ、前記パイロット弁を閉弁させる第２弾性体と、
を備えることを特徴とするパイロット式電磁弁。
【請求項２】
請求項１に記載のパイロット式電磁弁において、
前記第１方向と前記第２方向とは、反対方向であることを特徴とするパイロット式電磁弁。
【請求項３】
請求項２に記載のパイロット式電磁弁において、
前記主弁体と前記パイロット弁体とは、同軸上に配置されることを特徴とするパイロット式電磁弁。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のパイロット式電磁弁において、
前記ソレノイドの略中央付近に固定されて配置され、前記第１弾性体および前記第２弾性体を固定する固定部材を備えることを特徴とするパイロット式電磁弁。
【請求項５】
請求項４に記載のパイロット式電磁弁において、
前記固定部材は、磁性体であることを特徴とするパイロット式電磁弁。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のパイロット式電磁弁において、
前記主弁体、または、前記パイロット弁体は、磁性体であることを特徴とするパイロット式電磁弁。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のパイロット式電磁弁において、
前記パイロット式電磁弁は、
内部に流体を有する所定装置に取り付けられ、前記所定装置から前記所定装置の外部に前記流体を排出可能であり、
前記主弁の開弁時において、前記所定装置内の前記流体を前記外部に排出可能な連通流路と、
前記パイロット弁の開弁時において、前記所定装置内の前記流体を前記連通流路に導入可能であり、前記連通流路より断面積が小さいオリフィス流路と、
を備えることを特徴とするパイロット式電磁弁。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のパイロット式電磁弁において、
前記第１弾性体、若しくは、前記第２弾性体は、スプリングであることを特徴とするパイロット式電磁弁。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のパイロット式電磁弁において、
前記パイロット弁シート部は、ゴム、または、樹脂から成ることを特徴とするパイロット式電磁弁。
【請求項１０】
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池で電気化学反応に供される反応ガスを貯蔵するガスタンクと、
を備え、
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のパイロット式電磁弁を、前記ガスタンクに取り付けたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１１】
パイロット式電磁弁を制御する制御回路であって、
前記パイロット式電磁弁は、
ソレノイドと、
主弁シート部と、前記ソレノイドの励磁に応じて、第１方向に吸引される主弁体と、を有する主弁と、
パイロット弁シート部と、前記ソレノイドの励磁に応じて、第２方向に吸引されるパイロット弁体と、を有するパイロット弁と、
前記主弁体を、前記第１方向とは反対の第３方向に押圧し、前記ソレノイドの消磁時において、前記主弁体を第１押圧力で押圧することで、前記主弁シート部と前記主弁体とを嵌合させ、前記主弁を閉弁させるための第１弾性体と、
前記パイロット弁体を、前記第２方向とは反対の第４方向に押圧し、前記ソレノイドの消磁時において、前記パイロット弁体を第１押圧力より小さい第２押圧力で押圧することで、前記パイロット弁シート部と前記パイロット弁体とを嵌合させ、前記パイロット弁を閉弁させる第２弾性体と、を備え、
前記制御回路は、
前記パイロット弁を開弁させる際には、前記パイロット弁体を吸引する電磁吸引力が、前記第１押圧力より小さく前記第２押圧力より大きくなるように、前記ソレノイドの励磁を行って、前記パイロット弁を開弁させ、前記主弁を開弁させる際には、前記第１押圧力より大きくなるように前記ソレノイドの励磁を行って、前記主弁を開弁させることを特徴とする制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイロット式電磁弁、パイロット式電磁弁を取り付けた燃料電池システム、または、パイロット式電磁弁の制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体を貯蔵するタンク等に取り付けられるパイロット式電磁弁が知られている（下記特許文献１参照）。パイロット式電磁弁において、パイロット弁は、ソレノイドの励磁によって生じる吸引力に応じて、開弁する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６３８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記パイロット式電磁弁は、例えば、タンクに貯蔵される流体が高圧である場合において、パイロット弁を開弁しようとすると、大きな吸引力が必要なため、大きなソレノイドを用いたり、ソレノイドに大きな電流を流したりする必要があった。その結果、パイロット式電磁弁の大型化、若しくは、消費電力の上昇などの不具合が生じるおそれがあった。なお、上記問題は、パイロット式電磁弁をタンクに取り付けた場合に限られず、その他の所定装置に取り付けた場合にも生じ得る問題である。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、パイロット式電磁弁を小型化、若しくは、パイロット式電磁弁の消費電力を抑制する技術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】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
[適用例１]
パイロット式電磁弁であって、ソレノイドと、主弁シート部と、前記ソレノイドの励磁に応じて、第１方向に吸引される主弁体と、を有する主弁と、パイロット弁シート部と、前記ソレノイドの励磁に応じて、第２方向に吸引されるパイロット弁体と、を有するパイロット弁と、前記主弁体を、前記第１方向とは反対の方向に押圧し、前記ソレノイドの消磁時において、前記主弁体を第１押圧力で押圧することで、前記主弁シート部と前記主弁体とを嵌合させ、前記主弁を閉弁させるための第１弾性体と、前記パイロット弁体を、前記第２方向とは反対の方向に押圧し、前記ソレノイドの消磁時において、前記パイロット弁体を第１押圧力より小さい第２押圧力で押圧することで、前記パイロット弁シート部と前記パイロット弁体とを嵌合させ、前記パイロット弁を閉弁させる第２弾性体と、を備えることを要旨とする。
【０００８】
上記構成のパイロット式電磁弁によれば、パイロット式電磁弁を小型化、若しくは、パイロット式電磁弁の消費電力を抑制することができる。
【０００９】
[適用例２]
適用例１に記載のパイロット式電磁弁において、前記第１方向と前記第２方向とは、反対方向であることを特徴とするパイロット式電磁弁。このようにすれば、ソレノイドを小型化することができる。
【００１０】
[適用例３]
適用例１または適用例２に記載のパイロット式電磁弁において、前記主弁体と前記パイロット弁体とは、同軸上に配置されることを特徴とするパイロット式電磁弁。このようにすれば、ソレノイドを小型化することができる。
【００１１】
[適用例４]
適用例１ないし適用例３のいずれかに記載のパイロット式電磁弁において、前記ソレノイドの略中央付近に固定されて配置され、前記第１弾性体および前記第２弾性体を固定する固定部材を備えることを特徴とするパイロット式電磁弁。このようにすれば、第１弾性体および第２弾性体を固定することができる。
【００１２】
[適用例５]
適用例４に記載のパイロット式電磁弁において、前記固定部材は、磁性体であることを特徴とするパイロット式電磁弁。
【００１３】
このようにすれば、ソレノイドによる電磁吸引力を増加させることができ、パイロット式電磁弁を省電力化することができる。
【００１４】
[適用例６]
適用例１ないし適用例５のいずれかに記載のパイロット式電磁弁において、前記主弁体、または、前記パイロット弁体は、磁性体であることを特徴とするパイロット式電磁弁。
【００１５】
このようにすれば、主弁体、または、パイロット弁体を、ソレノイドの電磁吸引力によって、吸引することができる。
【００１６】
[適用例７]
適用例１ないし適用例６のいずれかに記載のパイロット式電磁弁において、前記パイロット式電磁弁は、内部に流体を有する所定装置に取り付けられ、前記所定装置から前記所定装置の外部に前記流体を排出可能であり、前記主弁の開弁時において、前記所定装置内の前記流体を前記外部に排出可能な連通流路と、前記パイロット弁の開弁時において、前記所定装置内の前記流体を前記連通流路に導入可能であり、前記連通流路より断面積が小さいオリフィス流路と、を備えることを特徴とするパイロット式電磁弁。
【００１７】
[適用例８]
適用例１ないし適用例７のいずれかに記載のパイロット式電磁弁において、前記第１弾性体、若しくは、前記第２弾性体は、スプリングであることを特徴とするパイロット式電磁弁。
【００１８】
[適用例９]
適用例１ないし適用例８のいずれかに記載のパイロット式電磁弁において、前記パイロット弁シート部は、ゴム、または、樹脂から成ることを特徴とするパイロット式電磁弁。このようにすれば、パイロット弁のシール性を高めることができる。
【００１９】
[適用例１０]
燃料電池システムであって、燃料電池と、前記燃料電池で電気化学反応に供される反応ガスを貯蔵するガスタンクと、を備え、適用例１ないし適用例９のいずれかに記載のパイロット式電磁弁を、前記ガスタンクに取り付けたことを特徴とする燃料電池システム。
【００２０】
上記構成の燃料電池システムによれば、燃料電池システムを小型化することができる。また、燃料電池システムの消費電力を抑制することができる。
【００２１】
[適用例１１]
パイロット式電磁弁を制御する制御回路であって、前記パイロット式電磁弁は、ソレノイドと、主弁シート部と、前記ソレノイドの励磁に応じて、第１方向に吸引される主弁体と、を有する主弁と、パイロット弁シート部と、前記ソレノイドの励磁に応じて、第２方向に吸引されるパイロット弁体と、を有するパイロット弁と、前記主弁体を、前記第１方向とは反対の第３方向に押圧し、前記ソレノイドの消磁時において、前記主弁体を第１押圧力で押圧することで、前記主弁シート部と前記主弁体とを嵌合させ、前記主弁を閉弁させるための第１弾性体と、前記パイロット弁体を、前記第２方向とは反対の第４方向に押圧し、前記ソレノイドの消磁時において、前記パイロット弁体を第１押圧力より小さい第２押圧力で押圧することで、前記パイロット弁シート部と前記パイロット弁体とを嵌合させ、前記パイロット弁を閉弁させる第２弾性体と、を備え、前記制御回路は、前記パイロット弁を開弁させる際には、前記パイロット弁体を吸引する電磁吸引力が、前記第１押圧力より小さく前記第２押圧力より大きくなるように、前記ソレノイドの励磁を行って、前記パイロット弁を開弁させ、前記主弁を開弁させる際には、前記第１押圧力より大きくなるように前記ソレノイドの励磁を行って、前記主弁を開弁させることを特徴とする制御回路。
【００２２】
上記構成の制御回路によれば、制御するパイロット式電磁弁の省電力化を行うことができる。
【００２３】
なお、本発明は、上記したパイロット式電磁弁、燃料電池システム、または、制御回路の他、バルブアセンブリなど、他の装置発明の態様として実現することが可能である。また、パイロット式電磁弁の製造方法、燃料電池システムまたはパイロット式電磁弁の制御方法など、方法発明としての態様で実現することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき次の順序で説明する。
Ａ．実施例：
Ａ１．燃料電池システム１０００の構成：
図１は、本発明の一実施例における燃料電池システム１０００の構成を示すブロック図である。この燃料電池システム１０００は、主に、燃料電池ＦＣと、パイロット式電磁弁１００と、手動遮断弁２１０と、逆止弁２２０と、ブロワ２３０と、水素タンク３００と、制御回路４００と、を備えている。
【００２５】
燃料電池ＦＣは、固体高分子型の燃料電池であり、構成単位である燃料電池セルＣＥを複数積層したスタック構造を有している。
【００２６】
水素タンク３００は、高圧の水素を貯蔵する。水素タンク３００は、ガスバリア性を有し、内側において、後述する水素の貯蔵空間３３３を形成するライナー（内殻）（図示せず）と、ライナーの外側を覆うように配置されるシェル（外殻）（図示せず）と、を備える。ライナーは、例えば、高密度ポリエチレンなどの樹脂や、アルミニウム合金などの金属により構成される。
【００２７】
パイロット式電磁弁１００は、タンク遮断弁として水素タンク３００に取り付けられる。水素タンク３００に貯蔵される水素は、パイロット式電磁弁１００が開弁されると、水素供給流路２０４を介して、燃料電池ＦＣに燃料ガスとして供給される。パイロット式電磁弁１００の詳細は、後述する。
【００２８】
燃料電池ＦＣで、電気化学反応に供された後の水素は、水素排出流路２０６を介して、燃料電池ＦＣ外部に排出される。
【００２９】
手動遮断弁２１０は、水素供給流路２０４において、パイロット式電磁弁１００と燃料電池ＦＣとの間に設けられる。
【００３０】
水素供給流路２０４は、手動遮断弁２１０とパイロット式電磁弁１００との間において、充填流路２０８と接続される。充填流路２０８は、水素供給流路２０４と接続すると共に、燃料電池システム１０００の外部と連通している。逆止弁２２０は、充填流路２０８上に設けられる。
【００３１】
逆止弁２２０は、充填流路２０８から燃料電池システム１０００の外部に流体が逆流することを防止する。
【００３２】
本実施例の燃料電池システム１０００では、充填流路２０８を介して、水素タンク３００に水素を充填することが可能となっている。具体的には、管理者は、燃料電池システム１０００において、水素タンク３００の水素量が減少した場合等、水素タンク３００に水素の充填が必要な場合には、燃料電池ＦＣの発電停止時に、手動遮断弁２１０を手動で閉弁し、充填流路２０８に水素を注入する。充填流路２０８に注入された水素は、水素供給流路２０４、パイロット式電磁弁１００を介して、水素タンク３００に充填される。これについての詳細は、後述する。
【００３３】
ブロワ２３０は、酸化ガスとして、空気を、空気供給流路２３４を介して、燃料電池ＦＣに供給する。燃料電池ＦＣで、電気化学反応に供された後の空気は、空気排出流路２３６を介して、燃料電池ＦＣ外部に排出される。
【００３４】
制御回路４００は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ（図示せず）と、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ（図示せず）と、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ（図示せず）と、各種信号を入出力する入出力ポート（図示せず）等を備える。そして、制御回路４００は、パイロット式電磁弁１００、および、ブロワ２３０等に駆動信号を出力し、これらの制御を行う。
【００３５】
Ａ２．パイロット式電磁弁１００の説明：
図２、図３、図４、および、図５は、本実施例におけるパイロット式電磁弁１００の開閉メカニズムを説明するための図である。具体的には、図２は、パイロット式電磁弁１００の消磁（主弁閉弁）時における状態を示す図である。図３は、パイロット式電磁弁１００におけるパイロット弁開弁時の状態を示す図である。図４は、パイロット式電磁弁１００における主弁開弁時の状態を示す図である。図５は、水素タンク３００に水素を充填する場合におけるパイロット式電磁弁１００の状態を示す図である。
【００３６】
図２に示すように、パイロット式電磁弁１００は、主に、ハウジング１１０と、接続流路１３０と、スプリング１５５と、ソレノイド１６０と、スプリング１７０と、固定部材１９０と、主弁ＭＢと、パイロット弁ＰＢと、を備える。パイロット式電磁弁１００は、スプリング１５５と、ソレノイド１６０と、スプリング１７０と、固定部材１９０と、主弁ＭＢと、パイロット弁ＰＢと、をハウジング１１０内組み込むと共に、ハウジング１１０の外部に接続流路１３０が配置されて構成される。
【００３７】
ハウジング１１０は、水素供給流路２０４と接続される連通流路１１０Ａと、貫通孔１１０Ｂと、貫通孔１１０Ｃと、貫通孔１１０Ｄと、貫通孔１１０Ｅと、を備え、内部にタンク連通空間１１１を形成する。
【００３８】
固定部材１９０は、磁性体であり、タンク連通空間１１１を二分するように、ハウジング１１０に固定される。固定部材１９０は、ソレノイド１６０が励磁されると、電磁石となり、電磁吸引力を生じる。固定部材１９０に二分されたタンク連通空間１１１において、一方をタンク連通空間１１１Ａとも呼び、他方をタンク連通空間１１１Ｂとも呼ぶ。タンク連通空間１１１Ａは、貫通孔１１０Ｂを介して、水素タンク３００の貯蔵空間３３３と連通している。タンク連通空間１１１Ｂは、貫通孔１１０Ｃを介して、貯蔵空間３３３と連通している。
【００３９】
ソレノイド１６０は、固定部材１９０を略中心として、固定部材１９０の周囲に配置される。ソレノイド１６０は、制御回路４００によって、励磁、消磁を制御される。
【００４０】
主弁ＭＢは、主弁シート部１２１と、主弁体１２０と、から構成され、主弁体１２０が主弁シート部１２１と嵌合することによって閉弁し、これらが離間することによって開弁する。パイロット弁ＰＢは、パイロット弁体１５０と、パイロット弁シート部１５１とから構成され、パイロット弁体１５０がパイロット弁シート部１５１と嵌合することによって閉弁し、これらが離間することによって開弁する。
【００４１】
連通流路１１０Ａは、主弁ＭＢが開弁状態の際に、タンク連通空間１１１Ａと連通する。貫通孔１１０Ｄは、パイロット弁ＰＢが開弁状態の際に、タンク連通空間１１１Ｂと連通する。貫通孔１１０Ｄの断面積は、連通流路１１０Ａの断面積より小さく形成されている。貫通孔１１０Ｅは、連通流路１１０Ａとハウジング１１０の外部とを連通する。
【００４２】
主弁シート部１２１は、ゴム、または、樹脂で形成され、連通流路１１０Ａとタンク連通空間１１１Ａとの接続部であって、連通流路１１０Ａの外周縁に沿って配置される。
【００４３】
主弁体１２０は、磁性体であり、タンク連通空間１１１Ａに配置される。主弁体１２０は、ソレノイド１６０の励磁に応じて、固定部材１９０の方に吸引される。主弁体１２０が、吸引される方向をＭＢ吸引方向とも呼ぶ。
【００４４】
スプリング１７０は、固定部材１９０と主弁体１２０とに固定され、主弁体１２０を、ＭＢ吸引方向とは反対方向に押圧する。ソレノイド１６０が消磁されている場合において、スプリング１７０は、主弁ＭＢが、閉弁するように、主弁体１２０を押圧力Ｘ［Ｎ］で押圧している。押圧力Ｘは、ソレノイド１６０が消磁されている場合であって、タンク連通空間１１１Ａと連通流路１１０Ａとの圧力差がほとんどない場合においても、主弁ＭＢが閉弁される最小の押圧力に設定されている。
【００４５】
パイロット弁シート部１５１は、ゴム、または、樹脂で形成され、貫通孔１１０Ｄとタンク連通空間１１１Ｂとの接続部であって、貫通孔１１０Ｄの外周縁に沿って配置される。
【００４６】
パイロット弁体１５０は、磁性体であり、タンク連通空間１１１Ｂに配置される。パイロット弁体１５０は、ソレノイド１６０の励磁に応じて、電磁吸引力を生じる固定部材１９０に吸引される。パイロット弁体１５０が、吸引される方向をＰＢ吸引方向とも呼ぶ。なお、ＰＢ吸引方向は、ＭＢ吸引方向の反対方向と同一方向である。主弁体１２０とパイロット弁体１５０とは、ＭＢ吸引方向またはＰＢ吸引方向に沿った軸上に配置される。
【００４７】
スプリング１５５は、固定部材１９０とパイロット弁体１５０とに固定され、パイロット弁体１５０を、ＰＢ吸引方向とは反対の方向（ＭＢ吸引方向）に押圧する。ソレノイド１６０が消磁されている場合において、スプリング１５５は、パイロット弁ＰＢが、閉弁するように、パイロット弁体１５０を押圧力Ｙ［Ｎ］で押圧している。押圧力Ｙは、ソレノイド１６０が消磁されている場合であって、タンク連通空間１１１Ｂと貫通孔１１０Ｄとの圧力差がほとんどない場合においても、パイロット弁ＰＢが閉弁される最小の押圧力に設定されている。
【００４８】
貫通孔１１０Ｄの断面積は、連通流路１１０Ａの断面積より小さく形成されているので、押圧力Ｙは、押圧力Ｘより小さい。ソレノイド１６０の消磁時において、スプリング１５５の収縮長とスプリング１７０の収縮長を同様にしている。従って、スプリング１５５は、スプリング１７０より弾性係数が低いスプリングを用いている。
【００４９】
接続流路１３０は、貫通孔１１０Ｄと貫通孔１１０Ｅとを接続する流路である。貫通孔１１０Ｄ、接続流路１３０、および、貫通孔１１０Ｅから成る流路を、オリフィス流路ＯＦとも呼ぶ。
【００５０】
図２に示すように、パイロット式電磁弁１００において、ソレノイド１６０の消磁時には、主弁ＭＢおよびパイロット弁ＰＢは、共に閉弁されている。パイロット式電磁弁１００において、主弁ＭＢおよびパイロット弁ＰＢが共に閉弁されている状態では、タンク連通空間１１１（タンク連通空間１１１Ａおよびタンク連通空間１１１Ｂ）には、貯蔵空間３３３の水素が充填され、高圧となっている。一方、連通流路１１０Ａは、水素供給流路２０４とほぼ同圧である。従って、タンク連通空間１１１と連通流路１１０Ａとの圧力差は大きい。
【００５１】
制御回路４００は、パイロット式電磁弁１００（主弁ＭＢ）を開弁させようとする場合、まず、パイロット弁ＰＢを開弁させる。すなわち、制御回路４００は、パイロット弁体１５０を吸引する電磁吸引力が、押圧力Ｘより小さく押圧力Ｙより大きくなるように、ソレノイド１６０の励磁を行う。その結果、図３に示すように、パイロット弁体１５０は、ＰＢ吸引方向に移動し、パイロット弁シート部１５１から離間する。この場合、主弁ＭＢは、閉弁された状態で、パイロット弁ＰＢのみが、開弁する。
【００５２】
パイロット弁ＰＢが開弁すると、タンク連通空間１１１Ｂの水素が、オリフィス流路ＯＦを介して、連通流路１１０Ａに流入する。その結果、連通流路１１０Ａとタンク連通空間１１１Ａとの圧力差は、徐々に小さくなる。
【００５３】
制御回路４００は、所定時間経過し、連通流路１１０Ａとタンク連通空間１１１Ａとの間の圧力差が小さくなったと判断すると、主弁体１２０を吸引する電磁吸引力が押圧力Ｘより大きくなるように、ソレノイド１６０の励磁を行う。その結果、図４に示すように、主弁体１２０は、ＭＢ吸引方向に移動し、主弁シート部１２１から離間する。すなわち、主弁ＭＢが開弁状態となる。それに伴い、貯蔵空間３３３の水素は、タンク連通空間１１１、連通流路１１０Ａを介して、水素供給流路２０４に供給される。
【００５４】
管理者は、燃料電池システム１０００の外部から水素タンク３００に、パイロット式電磁弁１００を介して水素を充填する場合には、ソレノイド１６０を消磁させた状態で行う。
【００５５】
図５に示すように、パイロット式電磁弁１００において、主弁体１２０は、水素供給流路２０４から水素が供給されると、連通流路１１０Ａに流入した水素によって、吸引方向に押圧され、移動し、主弁シート部１２１と離間する。それに伴い、連通流路１１０Ａに流入した水素は、タンク連通空間１１１Ａを介して、貯蔵空間３３３に充填される。以下では、連通流路１１０Ａに流入した水素が主弁体１２０を押圧する押圧力を水素押圧力とも呼ぶ。
【００５６】
図６は、比較例としてのパイロット式電磁弁１００Ｈにおける消磁（主弁閉弁）時の状態を示す図である。図７は、パイロット式電磁弁１００Ｈにおいて水素タンク３００に水素を充填する場合の状態を示す図である。図６において、本実施例と同様の構成については、同じ符号で示しており、その説明は省略する。
【００５７】
比較例のパイロット式電磁弁１００Ｈは、図６に示すように、主弁ＭＢＨと、パイロット弁ＰＢＨと、パイロットピン１４０Ｈと、ソレノイド１６０Ｈと、スプリング１７０Ｈと、プランジャ１８０Ｈを備えている。主弁ＭＢＨは、主弁体１２０Ｈと、主弁シート部１２１Ｈとから成る。主弁体１２０Ｈは、貫通孔１２２Ｈおよびオリフィス流路ＯＦＨが形成されている。パイロット弁ＰＢＨは、パイロット弁体１５０Ｈと、パイロット弁シート部１５１Ｈとから成る。パイロットピン１４０Ｈは、パイロット弁体１５０Ｈおよびプランジャ１８０Ｈと一体に構成されていると共に、貫通孔１２２Ｈに挿入されている。パイロット式電磁弁１００Ｈにおいて、ソレノイド１６０Ｈの励磁が行われると、プランジャ１８０Ｈが吸引され、それに伴い、パイロット弁体１５０Ｈが移動し、パイロット弁ＰＢＨが開弁する。タンク連通空間１１１Ｈの水素は、オリフィス流路ＯＦＨを通って連通流路１１０ＡＨに流入する。タンク連通空間１１１Ｈと連通流路１１０ＡＨとの圧力差が小さくなると、ソレノイド１６０Ｈの電磁吸引力により、主弁体１２０Ｈ、パイロット弁体１５０Ｈ、パイロットピン１４０Ｈ、および、プランジャ１８０Ｈは、一体となって、移動し、主弁ＭＢＨが開弁する。
【００５８】
パイロット式電磁弁１００Ｈのソレノイド１６０Ｈの消磁時において、スプリング１７０Ｈは、パイロット弁体１５０Ｈ（主弁体１２０Ｈ）を押圧力ＸＨで押圧している。押圧力ＸＨは、ソレノイド１６０Ｈが消磁されている場合であって、タンク連通空間１１１Ｈと連通流路１１０ＡＨとの圧力差がほとんどない場合においても、主弁ＭＢＨが閉弁される最小の押圧力に設定されている。
【００５９】
押圧力ＸＨは、パイロット弁ＰＢＨが、ソレノイド１６０Ｈが消磁されている場合であって、タンク連通空間１１１Ｈとオリフィス流路ＯＦＨとの圧力差がほとんどない場合においても、閉弁される最小の押圧力ＹＨよりも大きい。従って、比較例のパイロット式電磁弁１００Ｈは、パイロット弁ＰＢＨを開弁する場合、パイロット弁体１５０Ｈを吸引する電磁吸引力が、押圧力ＸＨより大きくなるようにソレノイド１６０Ｈの励磁を行わなければならない。その結果、ソレノイド１６０Ｈ（パイロット式電磁弁１００Ｈ）の大型化、または、消費電力の上昇などの不具合が生じるおそれがあった。
【００６０】
一方、本実施例のパイロット式電磁弁１００は、パイロット弁ＰＢを開弁させる場合、パイロット弁体１５０を吸引する電磁吸引力が、押圧力Ｘより小さくなるように、ソレノイド１６０の励磁を行うようにしている。このようにすれば、ソレノイド１６０が大型化することを抑制することが可能であり、パイロット式電磁弁１００を小型化することができる。また、ソレノイド１６０の消費電力が上昇することを抑制することができ、パイロット式電磁弁１００の消費電力を抑制することができる。
【００６１】
比較例のパイロット式電磁弁１００Ｈにおいて、パイロット弁シート部１５１Ｈは、パイロット弁ＰＢＨが閉弁している場合（ソレノイド１６０Ｈの消磁時）、スプリング１７０Ｈから、押圧力ＹＨより大きな押圧力ＸＨを受けている。従って、パイロット弁シート部１５１Ｈ内で過度の応力が生じ、パイロット弁シート部１５１Ｈが劣化する等の不具合が生じるおそれがあった。
【００６２】
一方、本実施例のパイロット式電磁弁１００において、パイロット弁シート部１５１は、パイロット弁ＰＢが閉弁している場合（ソレノイド１６０の消磁時）、スプリング１７０から、押圧力Ｘより小さい押圧力Ｙしか受けていない。その結果、パイロット弁シート部１５１内で過度の応力が生じることを抑制することができ、パイロット弁シート部１５１が劣化する等の不具合が生じることを抑制することができる。
【００６３】
図７は、図６のパイロット式電磁弁１００Ｈにおいて水素タンク３００に水素を充填する場合の状態を示す図である。図７に示すパイロット式電磁弁１００Ｈは、図６に示す比較例と同じ構成であり、その説明は省略する。比較例のパイロット式電磁弁１００Ｈにおいて、水素タンク３００に水素を充填する場合、図７に示すように、主弁体１２０Ｈは、連通流路１１０ＡＨに流入した水素によって、水素押圧力で押圧され、移動する。パイロット弁体１５０Ｈは、主弁体１２０Ｈの移動に伴い、主弁体１２０Ｈから水素押圧力で押圧される。パイロット弁体１５０Ｈ、パイロットピン１４０Ｈ、および、プランジャ１８０Ｈは、一体に形成されているので、主弁体１２０Ｈの移動に伴い、パイロット弁体１５０Ｈ、パイロットピン１４０Ｈ、および、プランジャ１８０Ｈも共に移動する。
【００６４】
比較例のパイロット式電磁弁１００Ｈは、水素タンク３００に水素を充填する場合、主弁体１２０Ｈが水素押圧力でパイロット弁体１５０Ｈを押圧するので、パイロット弁シート部１５１Ｈは、反作用として、パイロット弁体１５０Ｈから水素押圧力に相当する大きな押圧力を受けるおそれがあった。その結果、パイロット弁シート部１５１Ｈ内で過度の応力が生じ、パイロット弁シート部１５１Ｈが劣化する等の不具合が生じるおそれがあった。
【００６５】
一方、本実施例のパイロット式電磁弁１００は、主弁体１２０とパイロット弁体１５０とは接続されていないので、水素タンク３００に水素を充填する場合において、主弁体１２０が受ける水素押圧力が、パイロット弁体１５０に伝達されることはない。その結果、パイロット弁シート部１５１が劣化することを抑制することができる。
【００６６】
本実施例のパイロット式電磁弁１００は、ソレノイド１６０の略中央に固定部材１９０が設けられている。このようにすれば、主弁体１２０およびパイロット弁体１５０を吸引する電磁吸引力を増加させることができ、パイロット式電磁弁１００の消費電力を抑制することができる。
【００６７】
本実施例のパイロット式電磁弁１００において、主弁体１２０とパイロット弁体１５０とは、ＭＢ吸引方向およびＰＢ吸引方向に沿った軸上に配置されている。このようにすれば、ＭＢ吸引方向およびＰＢ吸引方向に垂直な方向に対して小さなソレノイド１６０を用いることができ、パイロット式電磁弁１００を小型化することができる。
【００６８】
なお、本実施例において、パイロット式電磁弁１００は、特許請求の範囲におけるパイロット式電磁弁に該当し、燃料電池システム１０００は、特許請求の範囲における燃料電池システムに該当し、制御回路４００は、特許請求の範囲における制御回路に該当し、ソレノイド１６０は、特許請求の範囲におけるソレノイドに該当し、スプリング１７０は、特許請求の範囲における第１弾性体に該当し、スプリング１５５は、特許請求の範囲における第２弾性体に該当し、固定部材１９０は、特許請求の範囲における固定部材に該当し、連通流路１１０Ａは、特許請求の範囲における連通流路に該当し、オリフィス流路ＯＦは、特許請求の範囲におけるオリフィス流路に該当し、水素タンク３００は、特許請求の範囲におけるガスタンクに該当し、主弁ＭＢは、特許請求の範囲における主弁に該当し、主弁体１２０は、特許請求の範囲における主弁体に該当し、主弁シート部１２１は、特許請求の範囲における主弁シート部に該当し、パイロット弁ＰＢは、特許請求の範囲におけるパイロット弁に該当し、パイロット弁体１５０は、特許請求の範囲におけるパイロット弁体に該当し、パイロット弁シート部１５１は、特許請求の範囲におけるパイロット弁シート部に該当し、ＭＢ吸引方向は、特許請求の範囲における第１方向または第４方向に該当し、パイロット弁ＰＢは、特許請求の範囲における第２方向または第３方向に該当し、押圧力Ｘは、特許請求の範囲における第１押圧力に該当し、押圧力Ｙは、特許請求の範囲における第２押圧力に該当する。
【００６９】
Ｂ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば以下のような変形も可能である。
【００７０】
Ｂ１．変形例１：
上記実施例のパイロット式電磁弁１００において、パイロット弁体１５０は、ＰＢ吸引方向がＭＢ吸引方向の反対方向となるように配置されているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、パイロット式電磁弁１００において、スプリング１５５を、固定部材１９０において、スプリング１７０が固定される面と同一面に固定し、パイロット弁体１５０を、ＰＢ吸引方向がＭＢ吸引方向と同一方向となるように配置してもよい。このようにしても、上記実施例と同様の効果を奏することが可能である。
【００７１】
Ｂ２．変形例２：
上記実施例のパイロット式電磁弁１００は、ソレノイド１６０の略中央に、磁性体としての固定部材１９０が配置されているが、本発明はこれに限られるものではなく、必ずしも固定部材１９０を設けなくてもよい。このようにしても上記実施例と同様の効果を奏することができる。
【００７２】
Ｂ３．変形例３：
上記実施例の燃料電池システム１０００において、制御回路４００は、パイロット弁ＰＢ開弁後、所定時間経過した場合に、主弁体１２０を吸引する電磁吸引力が押圧力Ｘより大きくなるように、ソレノイド１６０の励磁を行うようにしているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、燃料電池システム１０００の水素供給流路２０４において、手動遮断弁２１０とパイロット式電磁弁１００との間に圧力センサ（図示せず）を設け、制御回路４００は、パイロット弁ＰＢ開弁後、圧力センサから検出した圧力が所定値より高くなった場合に、主弁体１２０を吸引する電磁吸引力が押圧力Ｘより大きくなるように、ソレノイド１６０の励磁を行うようにしてもよい。このようにしても上記実施例と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施例における燃料電池システム１０００の構成を示すブロック図である。
【図２】パイロット式電磁弁１００の消磁（主弁閉弁）時における状態を示す図である。
【図３】パイロット式電磁弁１００におけるパイロット弁開弁時の状態を示す図である。
【図４】パイロット式電磁弁１００における主弁開弁時の状態を示す図である。
【図５】本実施例におけるパイロット式電磁弁１００の開閉メカニズムを説明するための図である。
【図６】比較例としてのパイロット式電磁弁１００Ｈにおける消磁（主弁閉弁）時の状態を示す図である。
【図７】パイロット式電磁弁１００Ｈにおいて水素タンク３００に水素を充填する場合の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１００…パイロット式電磁弁
１１０…ハウジング
１１０Ａ…連通流路
１１０Ｂ…貫通孔
１１０Ｃ…貫通孔
１１０Ｄ…貫通孔
１１０Ｅ…貫通孔
１１１Ａ…タンク連通空間
１１１Ｂ…タンク連通空間
１２０…主弁体
１２１…主弁シート部
１３０…接続流路
１５０…パイロット弁体
１５１…パイロット弁シート部
１５５…スプリング
１６０…ソレノイド
１７０…スプリング
１９０…固定部材
２０４…水素供給流路
２０６…水素排出流路
２０８…充填流路
２１０…手動遮断弁
２２０…逆止弁
２３０…ブロワ
２３４…空気供給流路
２３６…空気排出流路
３００…水素タンク
３３３…貯蔵空間
４００…制御回路
１０００…燃料電池システム
ＭＢ…主弁
ＰＢ…パイロット弁
ＦＣ…燃料電池
ＣＥ…燃料電池セル
ＯＦ…オリフィス流路
【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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【図６】
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【図７】
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