(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁ばねをもって弁体を弁座に押着閉塞する逆止弁機構を内蔵しかつ上下２つのばねの間に圧支された電磁プランジャが、電磁コイルの軸心縦貫孔に挿嵌された管柱シリンダ内を、前記電磁コイルへ断続パルス電流を付勢して発生し断続する磁気吸引力によって摺動往復自在に作動する容積形貫流ポンプであって、前記電磁コイルの軸心上の要部および端部位に位置しかつ前記管柱シリンダにそれぞれ外嵌された環状磁極ならびに環状磁路を備え、前記環状磁極の端面に対向する前記電磁プランジャの端部との間に、静止時に磁気空隙を有する容積形貫流ポンプにおいて、
前記電磁プランジャの両端にそれぞれ環状帯状の外周縁を残して穿設した環状溝に、弗素樹脂をもってなるピストンリング状のプランジャリングをそれぞれ嵌設し、前記電磁プランジャの環状溝を穿設する際に、その両端に残した環状帯の外周縁の幅のうち、前記環状磁極に対向する端部の側の前記幅の値は、前記電磁プランジャの往衝程において、その先端部が往衝程時の上死点まで前記環状磁極の内側に進入して環状磁極と長手軸方向で重なる最大値と同等に定めたことを特徴とする空気供給用電磁コンプレッサ。
【請求項２】
前記電磁プランジャに内蔵する逆止弁機構を吸入弁とし、これと同一方向性をもって作動し、かつポンプの吐出継手に内設の弁ばねで吐出弁体を吐出弁座に押圧閉止するものを吐出弁機構とする場合に、前記吸入弁の弁ばねが吸入弁体を吸入弁座に押着して閉止しようとするばね荷重は、辛うじて閉止可能とする程度として、この荷重に比較して前記吐出弁体を吐出弁座に押圧閉塞する弁ばねのばね荷重はそれの１０〜２０倍であり、その閉止圧力はポンプの所定吐出圧力の４０％以内とするように該それぞれの弁ばねのばね荷重を設定したことを特徴とする請求項１に記載の空気供給用電磁コンプレッサ。
【請求項３】
前記電磁コイルの軸心縦貫孔に挿嵌され、その両端部位に、一方には吸入継手を、他方には吐出継手を接続した管柱シリンダ内に、摺動往復自在に嵌装され、かつそれぞれ同一方向性をもって機能する逆止弁機構を内蔵する第一電磁プランジャと第二電磁プランジャとがその間に戻し部材を介してタンデムに配設され、前記吸入継手と吐出継手のそれぞれ要部との間に、下ばねと上ばねの２つのばねとによって釣合い圧支されていることを特徴とする請求項１に記載の空気供給用電磁コンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば近年盛んに実用化の研究が進められている燃料電池のうち、特に高分子固体電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）において、天然ガス、メタノール、ガソリン、プロパン、ブタンなどの成分中に水素を含んだ燃料を改質して水素に転換するときに、ＣＯ2,ＮＯX , ＣＯ，ＨＣが少量発生する。この一酸化炭素ＣＯは触媒と相性がよく、吸着して水素を阻害する。すなわち、燃料電池にこのガスが供給されると、このＣＯが電極に付着して電気を取り出すことを阻害するＣＯ被毒を阻止するために水素発生器（改質器）の触媒部に空気を少量混入してＣＯを酸化し、ＣＯ2 （二酸化炭素）として除去する。この空気を供給するための電磁コンプレッサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記した燃料電池の研究は各方面で鋭意実施されているが、未だ段階途上のものが多く、これに用いられる空気供給用の送風機にも例えばダイヤフラムポンプがある。これは、ダイヤフラムを永久磁石およびもしくは強磁性体の可動体と連結して、この可動体を電磁回路に通電して作動させ、ダイヤフラムの伸縮による容積変化で空気流体の吸入吐出をして、ポンプ作用を行なうように構成されたものである。この種のダイヤフラムポンプは通常商用交流電源で作動するものが多い。
【０００３】
また、ダイヤフラムに代えて、ベローズを用いたものがある。
【０００４】
そして、実公平４−４２５３６号公報に、前記ダイヤフラムポンプの従来技術として特開昭６３−６５１８２号公報、同６３−１７６６８０号公報、同６３−２２７９７８号公報が例示され、これらの問題点について説明があり、ついでマグネットを備えた電磁ピストンポンプの技術が提案されている。
【０００５】
さらに、特開昭４８−３３４１１号公報に開示された電磁プランジャポンプの１つである往復動コンプレッサが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記ダイヤフラムによるエアポンプでは、前述した従来技術の実公平４−４２５３６号公報にも記載されているように、可動体が往復動動作のたびに、ダイヤフラムが撓むが、このダイヤフラムは可撓性を有する合成ゴム等の材料により形成されていて、破損しやすく耐久性がないのでメンテナンスが面倒である。この破損を防止するために、ダイヤフラムを耐久性の高いものにすると、所望の圧力、流量が期待できない上、高価となり、さらにダイヤフラムの支持部の構造が複雑となり、生産性が低下する。また、可動体をダイヤフラム自身で支持しているので、ダイヤフラムの撓みにより可動体が作動中にコア等に接触するおそれがあり、そのときは騒音を発したり、ポンプが破損するなどの多くの問題点が述べられている。
【０００７】
何れにしても、このダイヤフラムポンプの駆動電源はほとんどすべてが商用交流電源をそのまま利用するもので、空気吐出流量の可変が困難でかつ吐出圧力にも限界があり、これらの制御にも問題がある。
【０００８】
実公平４−４２５３６号公報で提案された従来技術の電磁式フリーピストンポンプは、流体が気体の圧縮または真空ポンプとして適用されるものとして記述されている。
【０００９】
その構成は、電磁円筒コイルの軸心縦貫孔に低炭素鋼等の磁性体で形成されたステートコアを配置し、その内側に内設した極めて薄肉の軸受の内部に摺動往復自在にピストンを左右からのスプリングによって圧支させている。このピストンは左右対称的にピストンヘッドと永久磁石を備え、そして左右の永久磁石相互間が中空状態に連結され、このピストンは樹脂、カーボン、アルミニュウム等の非磁性材料で形成された筒状のピストン本体を中央部に有し、該ピストンの両端部に固定された前後一対のフロントマグネットヨーク、永久磁石、すなわちマグネットおよびリアマグネットヨークとにより構成され、フロントマグネットヨークがピストンヘッドを構成していると説明されている。
【００１０】
このピストン組立体に、さらに前記コイルの内周部に、前記ピストンを中立位置に復帰させる前記スプリングを左右対称的に備え、また該コイル内周部の中央部と前記軸受との間に前記ステートコアが配設されている。
【００１１】
そして前記コイルに交流電流を付勢すると、ステートコアに磁束が通過する磁気回路が形成され、円筒コイルの両端部に位置する端部（符号ＬおよびＲで示される部分）と、ステートコアの両端部との間には磁性材料が配置されていないので、洩れ磁束が生じ、前記端部ＬおよびＲならびにステートコアの両端には、交互にＳおよびＮの磁極が発生して、交流の一方の半波でマグネットの磁気作用でピストンは左側に摺動し、次に他方の半波で、前記各部分の磁極が反転するので、ピストンは右に摺動し、ここに一往復し、これを繰り返してポンプ作用を行なうもので、その往復作動に関しては、周知の電磁プランジャポンプと何ら相違はないものである。
【００１２】
次に、特開昭４８−３３４１１号公報に開示の従来技術は、コイルにダイオードのような整流器を介して交流電源から付勢された電流により固定磁気回路に発生した断続磁力と弾性戻し装置、すなわちばねの反発力でシリンダ内を往復運動するピストンを有する往復動コンプレッサで、要するに電磁プランジャポンプである。
【００１３】
そして、その要旨とする処は、ピストンがその圧縮ストロークの間に排出口通路の開口を閉鎖したときに、圧縮チャンバーにガスで満たされたエネルギー吸収を得るようにして、ストローク終端の衝撃を緩和するクッション作用を行なわせ、衝突の危険を阻止すると共に、作動条件として電流を減少させる効果、すなわち運動系の運動の位相は磁気巻線に加わる電圧に応じて前進し、これにより通電流を除き、モータの出力係数を改善するものであるとし、発明の主眼としたものである。
【００１４】
このような電磁プランジャポンプでは、軸受と称しているシリンダ内を摺動往復するピストンはその外周に減摩剤をもって表面処理することが一般的である。圧送する流体が燃料油、水等の液体の場合は、これらの液体による潤滑作用があるが、それでもピストンの外周表面を窒化硬化処理および例えば二硫化モリブデンなどの減摩剤の塗布焼付処理もしくは弗素樹脂のコーテイングをして表面を保護している。一般に、液体用の電磁プランジャポンプは実際にピストンの行程長が短く、ほとんどが２〜３ｍｍ程度である。しかし、気体用例えば空気用のコンプレッサの場合は、圧縮比が大きく、非圧縮性の液体の場合に比較してピストンの行程長は後述するように数倍に伸長するので、磨耗の度合いも大きくなる。
【００１５】
ピストンとシリンダ間の嵌合は、如何なるハメアイにあっても、互いの円筒嵌合面が真円度、真直度何れも完全である部品は実際には存在せず、オス、メスのプラグゲージおよびリングゲージのような精度の高いものは甚だ高価になるので、経済的に求めがたい。さらに、ピストンを圧支する圧縮コイルスプリングでもその座は軸心に対して完全に直角ではなく、極めて厳しい公差があるにしても実際的には座屈がある。したがって、これらの理由でピストンはその摺動面に全面を減摩コーテイングしてあっても、摺動往復時に片アタリして偏磨耗を生じ、コーテング剤も剥離し、摺動減摩抵抗を増大し、ポンプの吐出能力を減殺し、かつ破損するおそれは前述した理由により気体用ポンプの場合は、さらに大きい。
【００１６】
この問題解決については、前述した従来技術では一切触れていない。
【００１７】
本発明においては、敍上の従来技術における問題点および後記実施の形態の欄で詳述する諸問題、すなわち磁気回路の磁気効率を高め、ポンプの小形経済化、耐久性の増大、吐出圧力流量を燃料電池の発電量に対応して制御可能とし、さらに騒音防止の効果を高める課題を次に述べる手段をもって解決したものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、例えば高分子固体電解質型燃料電池の改質器への空気供給用電磁コンプレッサは、
弁ばねをもって弁体を弁座に押着閉塞する逆止弁機構を内蔵しかつ上下２つのばねの間に圧支された電磁プランジャが、電磁コイルの軸線縦貫孔に挿嵌された管柱シリンダ内を、前記電磁コイルへ断続パルス電流を付勢して発生し断続する磁気吸引力によって摺動往復自在に作動する容積形貫流ポンプであって、前記電磁コイルの軸心上の要部および端部位に位置しかつ前記管柱シリンダにそれぞれ外嵌された環状磁極ならびに環状磁路を備え、前記環状磁極の端面に対向する前記電磁プランジャの端部との間に、静止時に磁気空隙を有する容積形貫流ポンプにおいて、前記電磁プランジャの両端にそれぞれ環状帯状の外周縁を残して穿設した環状溝に、弗素樹脂をもってなるピストンリング状のプランジャリングをそれぞれ嵌設し、前記電磁プランジャの環状溝を穿設する際に、その両端に残した環状帯の外周縁の幅のうち、前記環状磁極に対向する端部の側の前記幅の値は、前記電磁プランジャの往衝程において、その先端部が往衝程時の上死点まで前記環状磁極の内側に進入して環状磁極と長手軸方向で重なる最大値と同等に定めたことを特徴とする。
【００２０】
さらに、前記電磁プランジャに内蔵する逆止弁機構を吸入弁とし、これと同一方向性をもって作動し、かつポンプの吐出継手に内設の弁ばねで吐出弁体を吐出弁座に押圧閉止するものを吐出弁機構とする場合に、前記吸入弁の弁ばねが吸入弁体を吸入弁座に押着して閉止しようとするばね荷重は、辛うじて閉止可能とする程度として、この荷重に比較して前記吐出弁体を吐出弁座に押圧閉塞する弁ばねのばね荷重はそれの１０〜２０倍であり、その閉止圧力はポンプの所定吐出圧力の４０％以内とするように該それぞれの弁ばねのばね荷重を設定したことを特徴とする。
【００２２】
また、さらに、前記電磁コイルの軸心縦貫孔に挿嵌され、その両端部位に、一方には吸入継手を、他方には吐出継手を接続した管柱シリンダ内に、摺動往復自在に嵌装され、かつそれぞれ同一方向性をもって機能する逆止弁機構を内蔵する第一電磁プランジャと第二電磁プランジャとがその間に戻し部材を介してタンデムに配設され、前記吸入継手と吐出継手のそれぞれ要部との間に、下ばねと上ばねの２つのばねとによって釣合い圧支されていることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の電磁コンプレッサの１つの実施の形態を一部断面して示した縦断面図である。
【００２５】
図２は、図１の要部の拡大縦断面説明図である。以上の図において、ボビン１１に捲装した電磁コイル１０の軸心縦貫孔に挿嵌された管柱シリンダ２５内を弁ばね２２により吸入弁体２３を吸入弁座２４に押着閉塞する逆止弁機構、すなわちこの実施の形態では、吸入弁２１を内蔵し、上ばね１４と下ばね１５との間に圧支された電磁プランジャ１２が前記電磁コイル１０へ図示しない駆動電源回路から断続パルス電流を付勢し発生する断続磁気吸引力によって摺動往復自在に作動する容積形貫流ポンプであって、前記電磁コイル１０の軸心上の要部、すなわちこの実施の形態では、その一端部位および他端部位にあって、前記管柱シリンダ２５にそれぞれ外嵌させた環状磁極２６ならびに環状磁路２７とを備え、この環状磁極２６の下端面に対向する前記電磁プランジャ１２の端部との間に、その静止時にｇなる磁気空隙を有すると共に、この電磁プランジャ１２の両端に、それぞれ環状帯の幅の寸法ｋなる外周縁を残して穿設した環状溝に、例えば商品名テフロンをもって代表されるような弗素樹脂をもってなる、いわゆるピストンリング状のプランジャリング１３をそれぞれ、例えば樹脂成型するなどの方法により嵌設する。
【００２６】
前記電磁プランジャ１２の環状溝を穿設する際に、その両端に残した環状帯の幅のうち、前記環状磁極２６に臨み、これに対向する端部側の幅のＫの値は、該電磁プランジャ１２の往衝程、すなわち電磁コイル１０に断続パルス電流を付勢したときに、電磁プランジャ１２が環状磁極２６の側に移動する衝程において、その先端部が往衝程時の上死点まで前記環状磁極２６の内側に進入して環状磁極と長手軸方向で重なる最大値と同等に定めたものである。
【００２７】
本発明の電磁コンプレッサも電磁プランジャポンプであり、所要の気体吐出量と吐出圧力を得るために、シリンダの内径すなわちプランジャの直径ならびにその衝程長、衝程数および推力とによって定まる圧力排出量を求めなければならない。そのために、ポンプの出力を得るアンペアターンを電磁コイルの捲線数と付勢すべき電流値を定める。
【００２８】
電磁コイルへの付勢電流は、商用交流電源を変圧させ、またはこれを整流して抵抗器により降圧し、もしくは自動車両などのバッテリからの例えば直流２４Ｖを発振器を介して得る断続パルス電流である。
【００２９】
この断続パルス電流の周期中の非導通時の磁力の消滅により電磁プランジャを静止時の旧位置に戻すための戻しばね、すなわちこの実施の形態における上ばね１４は、周期中の非導通時に速やかに電磁プランジャを戻すためには、比較的反発力の強いことが必要であるが、強きに過ぎると、磁力に抗する力が大きく、電磁プランジャの作動に対する抵抗力が増し、ポンプの効率を下げる。それ故、可能な限り弱い反発力のばねが望ましい。
【００３０】
さらに、電磁コンプレッサは気体を吸入吐出するものである故、水や油などの液体ポンプとして用いる場合に比較して、電磁コイルの発熱量を吸収排出する能力が低い故、そこに流れる電流値も少ない方が電磁コイルの温度上昇を防ぐのに都合がよく、そのためにも前記した戻しばねの反発力が小で電磁プランジャの作動抵抗を減らすことが必要である。
【００３１】
そして電磁プランジャと管柱シリンダの間の摺動摩擦抵抗によっても、および吐出圧力の上昇と共に流体の流動抵抗が増し、この電磁コンプレッサもいわゆるフリーピストン電磁ポンプであるから、電磁プランジャは磁気空隙を埋める方向に近づいて、しかもその衝程長を減縮して作動するものであることは周知である。以上の電磁プランジャ１２の作動について、さらに詳述する前に、まずこの実施の形態全体の構成について、周知されているものではあるが、一応その概要を述べる。
【００３２】
前記管柱シリンダ２５の図において、上端部に上ばね座２８を嵌設して、さらに吐出弁座２０と弁ばね１８に付勢された吐出弁体１９とが係合して吐出弁座２０を押圧閉塞した吐出弁機構１７と共に、管柱シリンダ２５の端部に外嵌する吐出口３８を有する吐出継手３９に内装されている。
【００３３】
この管柱シリンダ２５の図において、下端部には吸入フィルタ３７を吸入口３６側に備えた吸入継手３５が外嵌接続されて、その内部に備えた下ばね座２９と電磁プランジャ１２との間に下ばね１５が設けられ、前記上ばね座２８と電磁プランジャ１２との間に設けた上ばね１４とによって電磁プランジャ１２は圧支される。
【００３４】
前記した管柱シリンダ２５とこれに外嵌する環状磁極２６ならびに環状磁路２７、さらにこれに外嵌する上下の磁気鉄板３２とそれぞれの緩衝パッキング３１とは電磁コイル１０のボビン１１を中にして、前記吐出継手３９と吸入継手３５とにそれぞれ外嵌し磁気回路をなす外枠継鉄３０と下板３３とが複数の小ねじ３４をもってきつく螺締結されることにより挟設固着している。
【００３５】
該外枠継鉄３０、下板３３、磁気鉄板３２および環状磁極２６、環状磁路２７、さらに電磁プランジャ１２はいずれも強磁性体をもってなり、磁気回路を構成している。
【００３６】
管柱シリンダ２５は非磁性体の不銹鋼または銅合金などをもってなり、その内面は鏡面同等またはこれに近い表面アラサに仕上げられて、これと滑嵌合するハメアイの電磁プランジャ１２とのそれぞれの寸法精度、表面アラサは相応に規制されている。
【００３７】
図１、図２の実施の形態の電磁コンプレッサは小形の燃料電池の空気供給用向けのものであり、管柱シリンダ２５と電磁プランジャの嵌合は例えば直径ｄ＝１６ｍｍを基準としたものの場合、環状磁極２６の内径と電磁プランジャ１２の先端部の外径との隙間ｊは管柱シリンダ２５の肉厚寸法 0.5ｍｍを差し引いてそれぞれ次に示す場合に、電磁コンプレッサの吐出最大圧力（吐出量０）以下と電磁コイル１０に流れる電流値ｍＡは表１に示す通りであった。
【００３８】
【表１】
0003765720.tif 000002
但し、電磁コイル１０への付勢電流は直流２４Ｖ、周波数２０Ｈz 、周期中の導通期間１２m Sec である。
【００３９】
表１に示すように、前記間隙ｊが大なるほど吐出最大圧力は低下し、電磁コイルへの付勢電流値は反対に増加する。これは、磁気回路の抵抗が増大するからである。
【００４０】
さらに、この磁気回路の抵抗の問題について前記した電磁プランジャ１２のプランジャリング１３を嵌設する環状溝を穿設する際に、ｋの幅の環状帯を残す理由を表２をもって説明する。
【００４１】
表２の場合に、電磁コイル１０に表１の場合と同様に、直流電流２４Ｖ、周波数２０、周期５０m Sec 中の導通期間１２m Sec の断続パルス電流を付勢した。この電流を用いたのは、小形燃料電池（例えば１〜２ｋｗ級）用として圧力９．８１KPa,吐出流量約1200 ml/min 程度の電磁コンプレッサに適応したものを設計および実験の結果選んだからである。前記導通期間は、小形燃料電池であるから消費電力をきわめて少なくするために、その値を大きくしたくないもので、これを一応一定にして実験を進めたものである。そして、吐出圧力ＰKPa 、吐出流量Ｑml/minおよび磁気空隙 g＝３mm（静止時）、電磁プランジャ１２の頂部の往衝程時の上死点までの移動距離ｅ mm 、同じく復衝程時に静止時の位置を超えて下死点まで復帰し、さらに慣性で偏位する距離ｅ＋f ＝ S mm の復衝程が電磁コンプレッサの往復衝程長である。また、ｅ−g mm  は電磁プランジャ１２の先端部が環状磁極２６内に突入する距離である。
【００４２】
【表２】
0003765720.tif 000003
前記磁気空隙ｇを埋めて電磁プランジャ１２が環状磁極２６に近接する磁力の強さは、すなわち空隙引力は磁気空隙ｇの距離の自乗に反比例する。
【００４３】
この磁気空隙ｇが０となったとき、そこには強磁性体同志の長手軸方向の重なりが必要であるから、仮に非磁性体の弗素樹脂のプランジャリング１３が存在すると共に、これを嵌設する環状溝により磁気回路が狭小になり、レラクタンスが増大すれば当然電磁プランジャ１２への磁気吸引力が減少する。これを防ぐために、少なくとも電磁プランジャ１２の先端部が環状磁極２６の内側に突入する最大値、すなわちこの実施の形態の場合には、前記ｅ− g、すなわち例えば２mmの前記環状帯の外周縁の幅ｋを残して、そこから電磁プランジャ１２のプランジャリング１３を嵌設するための環状溝を穿設しなければならないのである。
【００４４】
なお、電磁コイル１０への付勢電流の電圧と周期中の導通期間（デューテイ比）は表１、表２共に同様で、吐出圧力を導通周波数２０Hzのとき９．８１KPa および１４．７１KPa に設定した場合に、周波数を変換したときの吐出圧力および流量を表３に示す。このとき、消費電力は６．３〜３W で周波数が高いほど、該電力量も大になっている( 電磁コイルの温度上昇は最大４０K)。
【００４５】
また吐出流量は、前記電磁プランジャ１２の往復衝程長Ｓとその直径ｄおよび周波数、すなわちその衝程数とからの計算上ほぼ合致する。これによると、その容積的な効率はきわめて高い。しかして、この電磁コンプレッサ１のポンプ作用によって矢印ａに示すように、吸入口３６から入った流体はその内部を経て矢印ｂのように吐出口３８から吐出する。
【００４６】
【表３】
0003765720.tif 000004
図１、図２に示した本発明の実施の形態における構成部品の寸法、上下ばねなどのばね荷重、電磁コイルの捲線の線径および捲数と電磁コイルへ付勢する電流の周波数、周期中の導通期間、すなわちデューテイ比、電圧などはこの数値に限るものではなく、燃料電池の必要とする空気圧と空気量によって適宜設定し、さらに調整するものであることは論を俟たないことである。
【００４７】
なお、電磁コイルに発生する電磁プランジャを吸引する磁力として、前記した空隙引力とソレノイド磁気吸引力および電磁プランジャを圧支する上下のばねによる合成ばねとしての撓みと荷重との関係、電磁プランジャの行程長等に関しては、本発明出願人がさきに提案した特公昭５７−１２８６３号公報においてその明細書および図面に詳細に説明されている通りであるから、その説明は省略する。
【００４８】
なお、この実施の形態において、電磁コイル１０への付勢断続パルス電流の周波数２５Hzに上げ、その他は前記通りの場合には、吐出圧力９．８１KPa で吐出流量は２０００ml/min、電流値４１０mAに増大した。温度上昇は４０K であった。
【００４９】
つぎに、図３によって、前記実施の形態における吸入弁２１と吐出弁１７の両弁機構について説明する。
【００５０】
まず、吐出弁１７において、吐出弁座２０に係着した吐出弁筒１７′の内側頂部と吐出弁体１９との間に介設された弁ばね１８がこの吐出弁体１９を前記吐出弁座２０の開口端に押圧閉塞している。
【００５１】
前記開口の直径をｄ1 とし、開口端部は中心径φから曲率半径ｒをもって描いた半円リング状の突堤をなして、これにその上部中心部に弁ばね１８を嵌める円擣状小突起を備えた円盤状の吐出弁体１９が係設される。
【００５２】
吐出弁体１９は弗素樹脂製、吐出弁座２０も強化繊維と減磨剤を混合した特殊合成樹脂製で互いに耐磨耗性を備えているが、なお前記曲率半径ｒをなるべく大きな値として磨滅を予防している。
【００５３】
吸入弁２１も弁ばね２２、吸入弁体２３、吸入弁座２４はいずれも吐出弁１７におけるものと、等形、等寸法、同材質をもって構成されている。
【００５４】
但し、弁ばね１８と弁ばね２２とは、それぞれ弁座に弁体を押圧閉塞するばね荷重を相違させなければならない。
【００５５】
吸入弁２１の場合は、吸入弁体２３を吸入弁座２４に載置すれば、その重量で閉塞して、電磁プランジャ１２の往衝程、すなわち吐出衝程時はさらに吐出圧力できつく前記閉塞するわけで、復衝程すなわち吸入衝程では気体の流入抵抗による流入量を減らすおそれのないように、弁体２３には弁座２４を押圧する負荷が無い方が望ましいわけであるが、実際には前記ばね荷重による負荷が無いと気体漏れを生じるので、きわめて小荷重の、すなわちＰ2 ＝０．００９８１Ｎ〜０．００５Ｎ（ニュートン）（１gf〜0.5 gf) のばね荷重がこの実施の形態の実験上必要であった。
【００５６】
また、吐出弁１７の場合には、電磁プランジャ１２の往衝程、すなわち吐出衝程時は弁ばね１８が吐出弁体１９を吐出弁座２０に押圧閉塞する荷重Ｐ1 は吐出圧力によるよりもはるかに小であってもよいわけである。しかし、実験によると、復衝程すなわち吸入衝程時に、吸入弁２１を経て管柱シリンダ２５内に突入する流体の吸入圧力によって吐出弁体１９が吐出弁座２０を開放して、そのために吐出口側に気体が漏洩して、それが往衝程時の吐出圧力流量が減殺される要因となることが判った。それ故、この要因を除くために、弁ばねの荷重Ｐ1 を０．０９８１Ｎ（１０gf）にして、この弁ばね１８の荷重で吐出弁体１９を吐出弁座２０に押圧閉塞することによって、この実施の形態の所期の吐出圧力、流量を確保することを可能としたものである。
【００５７】
すなわち、前記吐出弁体１９を吐出弁座２０に押圧閉塞する弁ばね１８のばね荷重Ｐ1 ＝０．０９８１Ｎ（１０gf）の荷重は、吸入弁体２３を吸入弁座２４に押着閉塞する弁ばね２２のばね荷重Ｐ2 ＝０．００９８１Ｎ〜０．００５Ｎ（１gf〜0.5 gf) の１０〜２０倍となるのである。
【００５８】
因みに、吸入弁２１と吐出弁１７の両逆止弁機構の各構成部材の材質形状、寸法は弁ばねを除き、前述の通りすべて同一であるから、図３の吐出弁座２０の本実施の形態における弁座の直径d1＝４mm、r＝１mm、φ＝６mmに選んであるから、吐出弁座２０の断面積62・π/4＝０.２８２７cm2で、この面積に０.０９８１Ｎ（１０gf）の負荷がかかっているということは、1cm2の面積では３．４７KPa(３５．３７gf/cm2)で、0.３４７Ｎ（３５．３７gf）の空気圧と荷重に匹敵する。
【００５９】
この値は、吐出圧力９．８１KPa （０．１Kgf/cm2)の３５．３％である。仮に、吐出圧力の許容差を±１０％とした場合に、吐出圧力  −１０％の９．８１×（１−０．１）＝８．８３KPa の場合、０．８８３Ｎの吐出圧力荷重に対する前記換算したばね荷重０．３４７Ｎの比は０．３９３で４０％以内であり、もちろん基準値の吐出圧力９．８１KPa ±１０％の前記荷重０．０９８１Ｎ±１０％に対し前記吐出弁ばねの換算荷重０．３４７Ｎの比はその４０％以内に納まるものである。
【００６０】
なお、前記した吸入弁２１の弁ばね２２の前記閉止荷重Ｐ2 を辛うじて吸入弁体２３が吸入弁座２４を閉塞し得る０．００５Ｎ（０．５ｇ）としたときおよび前記した吐出弁１７の弁ばね１８の閉止荷重Ｐ1 を０．０９８１Ｎ（１０ｇｆ）としたとき最も吐出圧力と流量の吐出特性が良好で、弁ばね１８の荷重をこれよりも増加しても減少させても吐出能力は低下し、荷重０の場合前記したように、漏洩によりその能力が甚だしく低下し、荷重を倍増した結果は、流動抵抗によって同様に能力が低下して、実用に供し得なかったものである。
【００６１】
図１の本発明の１つの実施の形態の電磁コンプレッサの作動音すなわち発生する騒音と、従来技術の前記この種の用途に用いられている電磁ダイヤフラムポンプによるものについて次に比較説明する。この電磁ダイヤフラムポンプの吐出圧力と流量は本発明の前記実施の形態とほぼ同様の９．８１KPa （０．１Kgf/cm2)で１１００ml/min、吐出圧力１４．７KPa （０．１５Kgf/cm2)では、吐出流量は０となり、いずれも比較的性能は低下しているが、騒音は水平距離１ｍの位置にマイクロフォンを置き測定して４５dB(A) であり、これを合成樹脂製の遮音箱内に収納して測定した場合には、３５．５dB(A) で９．５dB(A) 低下している。この両者を比較して、騒音については同等の結果で大差はなかった。
【００６２】
この騒音は吸入および吐出弁の弁体が弁座を開閉する際に発することが主な要因である。
【００６３】
いずれも、吐出継手には、軟質合成ゴムまたは合成樹脂製の配管が接続されている。吸入側にも同様の配管で、しかも上流側にさらに大径の管を接続したマフラーを備えることで消音効果はさらに増すものである。
【００６４】
この騒音測定は、無響室内ではなく、使用される実態に即して、敢えて住居地域のＲＣ構造建物において夜間に測定したが、暗騒音３４dB(A) であった。
【００６５】
つぎに、図４により本発明の他の実施の形態の電磁コンプレッサについて説明する。図１の実施の形態の場合にも、その吐出能力を増大したり、または調整することについて説明したが、さらに吐出能力と効率を高め、かつその作動音を低減する目的をもって図４に示されるようなその一部断面して示す縦断面説明図で表した構成の本発明の他の一実施の形態の電磁コンプレッサ１０１を提供するものである。
【００６６】
すなわち、電磁コイル１０の軸心縦貫孔に挿嵌され、その両端部位に、一方には吸入継手３５を他方には吐出継手３９を、それぞれ環状磁路１２７と同じく１２７′を外嵌させた上、これを介して接続した管柱シリンダ１２５内に摺動往復自在に嵌装され、かつそれぞれ同一方向性をもって機能する逆止弁機構１２１と同じく１１７を内蔵する第一電磁プランジャ１１２と第二電磁プランジャ１１２′とがその間に戻し部材で緩衝部材も兼ねた戻しばね１６を介してタンデムに配設され、前記吸入継手３５と吐出継手３９のそれぞれ要部との間に下ばね１１５と上ばね１１４とによって釣り合い圧支され、前記電磁コイル１０の縦軸中心部の磁気中性点付近で管柱シリンダ１２５に外嵌固定され、かつ前記縦貫孔に内嵌した共通の環状磁極１２６の一方の端面と、これに対向する第一電磁プランジャ１１２の端部との間におよび環状磁極１２６の他方の端面とこれに対向する第二電磁プランジャ１１２′の端部との間に、それぞれｇなる値の磁気空隙１４０′および１４０を有して、前記両ばね１１５ならびに１１４が前記両電磁プランジャ１１２ならびに１１２′の間に介設された前記緩衝部材を兼ねた戻しばね１６と共に前記両電磁プランジャ１１２ならびに１１２′を挟支しているのである。
【００６７】
前記吸入継手３５の吸入口３６と管柱シリンダ１２５を経て吐出継手３９の吐出口３８との間の内部は気密が保たれて連通している。
【００６８】
その他の構成は、図１に示す実施の形態の場合と同様で、同一数字の符号で示す構成部材の名称もまた同じである。
【００６９】
電磁コイル１０へ断続パルス電流を付勢して作動するこの電磁コンプレッサ１０１の作用は、図１に示す実施の形態の１のものの場合に準じ、かつ本出願人がさきに提案した特開平９−１５８８２８号公報（特願平７−３２０７１０）に開示され、説明されている通りであるから、その説明を繰り返すことは省略するが、このコンプレッサはタンデムに連設された電磁プランジャ１１２と１１２′の往復作動時に各衝程ごとに吸入、吐出作用をするので、要するに電磁コイル１０へ断続パルス電流を付勢したときに１パルス毎に２回の吐出作用を行い、したがって図１の電磁コンプレッサ１の場合よりもほぼ倍量の吐出能力があり、しかも吐出脈動が平滑化されるので、騒音も減らすことができると共に、水平対向型として横置きに設置可能で振動も減殺される。
【００７０】
なお、吐出継手側にさらに図１に示すような吐出逆止弁機構を設けると、さらに逆方向からの流体の逆流を阻止し、圧縮効率を高めることができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の例えば燃料電池用の電磁コンプレッサは、特に従来技術の問題点を解決するための課題として、また実施の形態の欄で述べた理由により以下のような効果が得られる。
【００７２】
(a) ダイヤフラムやベローズを用いた容積形の電磁コンプレッサの場合のダイヤフラム、ベローズ等の疲労、劣化等による耐久性が無く、それ自体の大型化する構成を避け、また電磁プランジャを有するプランジャポンプの従来技術における減摩剤をプランジャの外周に塗布、コーテングすることによる偏磨耗とそれによる剥離、破損、ロックなど作動停止する従来技術の欠陥を回避して、減摩剤の弗素樹脂製のプランジャリングを電磁プランジャの外径側に嵌設し、摺動摩擦抵抗を減殺してかつ耐久性を増しかつ小形計量化を計ることが可能である。
【００７３】
(b) 前記電磁プランジャに嵌設したピストンリング状のプランジャリングを嵌合するための環状溝は、その環状磁極に対向する端部側のものにおいては、電磁プランジャの往衝程時にその先端部が該環状磁極の内側に突入する最大値と同等に定めた幅を環状帯の外周縁に残して穿設したので、該往衝程時の電磁プランジャを環状磁極と最大限に重なり合うように備えて磁気回路の抵抗を増大させることがなく、磁気効率を高め、吐出能力を高めた。
【００７４】
(c) 電磁コンプレッサの吸入弁機構および吐出弁機構の弁座を押圧閉塞する弁体を付勢する弁ばねの荷重をそれぞれ前記請求項３に記載しかつ実施の形態の欄で説明したように定めたので、吸入および吐出時の流体の漏洩を防ぎ、吐出能力を高めかつこれを保持可能とした。
【００７６】
(e) 電磁プランジャ複数（二個）をタンデムに連接して気体の吐出量をほぼ倍加させると共に、騒音と振動を減少させた上記電磁コンプレッサを得ることを可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電磁コンプレッサの１つの実施の形態を一部断面して示す縦断説明図である。
【図２】図１の要部の説明図である。
【図３】本発明の電磁コンプレッサの吐出弁機構の拡大縦断説明図である。
【図４】本発明の電磁コンプレッサの他の実施の形態の一部断面を示す縦断説明図である。
【符号の説明】
１，１０１            電磁コンプレッサ
１０                    電磁コイル
１２，１１２，１１２′  電磁プランジャ
１６                    緩衝部材、戻しばね
１７                    吐出弁機構
２１                    吸入弁機構
２５，１２５            管柱シリンダ
２６，１２６            環状磁極
２７，１２７            環状磁路
１１７，１２１            逆止弁機構
ｇ                    磁気空隙
ｓ                    衝程長
ｋ                    電磁プランジャの環状帯の幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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