JP2005344873A - Fluid control valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体制御弁に関し、特に、燃料電池システム、内燃機関等に用いられる流体制御弁に適用して好適である。 The present invention relates to a fluid control valve, and is particularly suitable for application to a fluid control valve used in a fuel cell system, an internal combustion engine, and the like.
従来から、内燃機関、燃料電池システム等に用いられる噴射弁、制御弁等において、内部を通過する流体から不純物を取り除くための濾過器(フィルタ)を設けた構造が用いられている。例えば、特開平11−148438号公報には、ソレノイドコイルが組み込まれた噴射弁の燃料入口に燃料を濾過するフィルタを設けた構成が開示されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a structure in which a filter (filter) for removing impurities from a fluid passing through an inside is used in an injection valve, a control valve, or the like used in an internal combustion engine, a fuel cell system, or the like. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-148438 discloses a configuration in which a filter for filtering fuel is provided at a fuel inlet of an injection valve in which a solenoid coil is incorporated.
しかしながら、特開平11−148438号公報に開示された技術に基づいてフィルタを湿潤ガスが流れる流路に設置した場合、フィルタ内に表面張力によって水が滞留して、流路内のガスの流れが阻害される虞がある。また、低温時に滞留した水分が凍結すると、流路が閉塞してしまう虞がある。 However, when a filter is installed in a flow path through which wet gas flows based on the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-148438, water stays in the filter due to surface tension, and the flow of gas in the flow path There is a risk of being disturbed. In addition, if the water staying at a low temperature freezes, the flow path may be blocked.
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、湿潤ガスが流れる流路内に配置された濾過器に水分が滞留してしまうことを抑止することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to prevent moisture from staying in a filter disposed in a flow path through which a wet gas flows.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、流体の流れを制御する流体制御弁であって、前記流体に含まれる不要成分を除去する捕捉手段と、所定の条件で可動して前記流体の流れを制御する可動子、又は前記可動子と連動して可動する部材と、を備え、前記可動子又は前記可動子と連動して可動する部材は、その可動時に、前記捕捉手段に滞留する流体が接触する距離まで前記捕捉手段に近接することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first invention is a fluid control valve for controlling a flow of a fluid, the fluid control valve for removing an unnecessary component contained in the fluid, and a fluid movable under a predetermined condition. And a member that moves in conjunction with the mover, and the mover or the member that moves in conjunction with the mover stays in the capturing means when moving. Proximity to the capture means up to the distance where the fluid contacts.
第2の発明は、第1の発明において、前記可動子又は前記可動子と連動して可動する部材は、その可動時に、前記捕捉手段と接触することを特徴とする。 According to a second aspect, in the first aspect, the movable element or a member that moves in conjunction with the movable element contacts the capturing means when the movable element is movable.
第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記可動子又は前記可動子と連動して可動する部材は、前記流体が弁内を流れる開弁時に可動することを特徴とする。 According to a third invention, in the first or second invention, the movable element or a member that moves in conjunction with the movable element is movable when the fluid flows through the valve.
第4の発明は、第1〜第3の発明のいずれかにおいて、燃料電池システムの湿潤ガス流路に設けられたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the invention, in any one of the first to third aspects, the wet gas flow path of the fuel cell system is provided.
第5の発明は、第1〜第4の発明のいずれかにおいて、前記捕捉手段と前記流体が流れる流路の壁面とを接続する導流体手段を更に備えたことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the apparatus further includes fluid guiding means for connecting the capturing means and a wall surface of the flow path through which the fluid flows.
第6の発明は、第5の発明において、前記導流体手段は導水機能を有し、前記導流体手段に親水処理が施されたことを特徴とする。 A sixth invention is characterized in that, in the fifth invention, the fluid guiding means has a water guiding function, and the fluid guiding means is subjected to a hydrophilic treatment.
第1の発明によれば、可動子又は可動子と連動して可動する部材が、その可動時に、前記捕捉手段に滞留する流体が接触する距離まで捕捉手段に近接するため、表面張力によって捕捉手段に滞留している流体を、可動子側に付着させることができる。従って、捕捉手段に流体が滞留することによって流体の流れが阻害されることを抑止することができる。また、低温時に捕捉手段に滞留した流体が凍結して、弁が閉塞してしまうことを抑止することができる。 According to the first invention, since the movable element or the member that moves in conjunction with the movable element is close to the capturing means to the distance that the fluid staying in the capturing means comes into contact with the movable element or the movable element, the capturing means is obtained by surface tension. The fluid staying in can be attached to the mover side. Accordingly, it is possible to prevent the fluid flow from being obstructed by the fluid remaining in the capturing means. In addition, it is possible to prevent the fluid that has accumulated in the trapping means from being frozen at a low temperature and block the valve.
第2の発明によれば、可動子又は可動子と連動して可動する部材が、その可動時に、捕捉手段と接触するため、表面張力によって捕捉手段に滞留している流体を、可動子側に付着させることができる。 According to the second invention, since the movable element or the member that moves in conjunction with the movable element comes into contact with the capturing means when the movable element is movable, the fluid staying in the capturing means due to surface tension is moved to the movable element side. Can be attached.
第3の発明によれば、可動子又は可動子と連動して可動する部材が開弁時に可動するように構成されるため、開弁時において弁内に流体が流れている際に、流体の流れを利用して捕捉手段に滞留している流体を可動子側に付着させることができる。従って、捕捉手段に滞留している流体を確実に排出することができる。 According to the third invention, since the movable element or the member that moves in conjunction with the movable element is configured to move when the valve is opened, when the fluid flows in the valve when the valve is opened, The fluid staying in the capturing means can be attached to the movable element side using the flow. Therefore, the fluid staying in the capturing means can be surely discharged.
第4の発明によれば、流体制御弁を燃料電池システムの湿潤ガス流路に設けることで、湿潤ガス中の水分が捕捉手段に滞留した場合に、捕捉手段から水分を排出することができる。 According to the fourth invention, by providing the fluid control valve in the wet gas flow path of the fuel cell system, the moisture can be discharged from the capture means when the moisture in the wet gas stays in the capture means.
第5の発明によれば、捕捉手段と流路の壁面とを接続する導流体手段を設けたため、捕捉手段に滞留している流体を流路の壁面へ移動させることができる。従って、簡素な構成で、捕捉手段に滞留している流体を排出することができる。 According to the fifth invention, since the fluid guiding means for connecting the capturing means and the wall surface of the flow path is provided, the fluid staying in the capturing means can be moved to the wall surface of the flow path. Therefore, the fluid staying in the capturing means can be discharged with a simple configuration.
第6の発明によれば、導流体手段が導水機能を有しており、更に導流体手段に親水処理を施しているため、捕捉手段に滞留している水分を確実に流路壁面に移動させることができる。 According to the sixth aspect of the invention, since the fluid guiding means has a water guiding function and the fluid guiding means is subjected to a hydrophilic treatment, the water staying in the capturing means is reliably moved to the channel wall surface. be able to.
以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る燃料電池システム10を示す模式図である。本実施形態において、燃料電池12は固体高分子分離膜を備えた燃料電池(PEMFC)であり、分離膜(電解質膜)、アノード、カソード、およびセパレータとから構成されるセルを複数積層して構成される。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a
図1に示すように、燃料電池12には、アノードガス流路14及びカソードガス流路16が導入されている。アノードガス流路14は水素タンク18と接続されており、水素タンク18からアノードへ水素リッチなアノードガスが送られる。また、カソードガス流路16には空気ポンプ20が設けられており、空気ポンプ20の駆動によりカソードへ酸素を含む酸化ガスとしてのカソードガスが送られる。
As shown in FIG. 1, an
燃料電池12のアノードでは、アノードガスが送り込まれると、このアノードガス中の水素から水素イオンを生成し(H2→2H++2e−)、カソードは、カソードガスが送り込まれると、このカソードガス中の酸素から酸素イオンを生成し、燃料電池12内では電力が発生する。また、これと同時にカソードにおいて、上記の水素イオンと酸素イオンとから水が生成される((1/2)O2+2H++2e−→H2O)。この水のほとんどは、燃料電池12内で発生する熱を吸収して水蒸気となり、カソードオフガス中に含まれて排出される。
In the anode of the
アノードから排出されたアノードオフガスは、アノードオフガス流路22から流路28に送られる。流路28にはポンプ30、フィルタ32、逆止弁34が設けられている。流路28に送られたアノードオフガスは、ポンプ30の作動によって流路14に送られ、再び燃料電池12のアノードに送られる。このように、本実施形態のシステムでは、アノードオフガスを循環させて燃料電池12のアノードへ送るアノード循環系を備えている。
The anode off gas discharged from the anode is sent from the anode off
流路22には水素排出弁24が接続されている。流路22を流れるガス中に不純物が多く含まれるようになった場合は、水素排出弁24を開くことで不純物を含むガスが排出される。水素排出弁24の下流には、排出ガス中の水素を希釈するための処理装置26が設けられている。
A
カソードから排出されたカソードオフガスは、カソードオフガス流路36に送られる。カソードオフガス流路36には空気調圧弁38が設けられている。空気調圧弁38の下流には、カソードオフガス流路36から分岐し、カソードガス流路16と接続された流路40が設けられている。カソードオフガスの一部は流路40に送られ、カソードガス流路16に戻される。流路40には、カソードガス流路16に戻すカソードオフガス量を調整するための空気循環弁42が設けられている。このように、本実施形態のシステムは、カソードオフガスを循環させて燃料電池12のカソードへ送るカソード循環系を備えている。
The cathode off gas discharged from the cathode is sent to the cathode off
図2は、水素排出弁24の構成を示す断面図である。ここで、図2(a)は水素排出弁24の閉弁状態を、図2(b)は水素排出弁24の開弁状態をそれぞれ示している。水素排出弁24は、いわゆるソレノイドバルブから構成され、固定子50、可動子52、バネ54、ゴムシート56、ソレノイド58を有して構成されている。可動子52は、その上端部におけるソレノイド58との対向面にアマーチャ52aを備えている。また、ゴムシート56は可動子52の下面に固着されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the
水素排出弁24は濾過器としてのフィルタ60を内蔵している。フィルタ60は、水素排出弁24を流れるガス中からゴミ等の異物を取り除く機能を有している。
The
図2(a)に示す閉弁状態では、バネ54の押し付け力によって、可動子32に固着されたゴムシート56が固定子50の凸部50aに密着している。従って、水素排出弁24内のガスの流れは停止する。
In the valve closed state shown in FIG. 2A, the
ソレノイド58に通電がされると、可動子52と一体に設けられたアマーチャ52aを上方へ変位させる方向の電磁力が発生する。このため、アマーチャ52aがソレノイド58に吸着され、可動子52がバネ54の押し付け力に反して上方に移動する。これにより、水素排出弁24は図2(b)に示す開弁状態となる。この状態では、ゴムシート56と凸部50aが離間するため、可動子52に設けられた開口52bを通って図2(b)に示す矢印方向にガスが流れ、水素排出弁24にガスが通過可能となる。
When the
水素排出弁24が内蔵するフィルタ60は、金属メッシュ、または不織布等から成るメッシュ部60aと、メッシュ部60aが固定されたリング状の枠部60bとから構成されている。フィルタ60は、その枠部60bを固定子50のガス流路内壁に嵌め込むことによって固定子50に取り付けられている。図2に示すように、フィルタ60はゴムシート56と凸部50aが密着する部位よりもガス流の上流側に設けられている。従って、ゴムシート56と凸部50aとの密着部位の上流側でゴミ等の異物を除去することができ、密着部位に異物が挟まる等の不具合を確実に防止できるように構成されている。
The
このように構成された本実施形態の水素排出弁24において、図2(b)に示す開弁状態では、可動子52の上面がフィルタ60のメッシュ部60aの下部と近接するように構成されている。すなわち、水素排出弁24は、開弁状態に設定される度にメッシュ部60aと可動子52の上面が近接するように構成されている。
In the
水素排出弁24を流れるアノードオフガスには水分が含まれているため、アノードオフガスが水素排出弁24を通過すると、アノードオフガス中の水分がフィルタ60内に溜まり、表面張力によって水分の膜がメッシュ部60aに形成される場合がある。この場合、フィルタ60を通過するガスの流れが阻害される場合がある。また、フィルタ60内に溜まった水分が低温時に凍結すると、水素排出弁24内のガスの流れが遮断されてしまう場合がある。
Since the anode off-gas flowing through the
このため本実施形態では、水素排出弁24の開弁時に、導水可能な程度の微小間隔となるまで可動子52の上面をメッシュ部60aの下部に接近させることで、メッシュ部60aに滞留する水分と可動子52を接触させ、メッシュ部60aに溜まった水分を可動子52側に移動させるようにしている。これにより、メッシュ部60aに溜まった水分を排出することが可能となる。従って、メッシュ部60aに溜まった水分によって、水素排出弁24内のガス流の流れが阻害されてしまうことを確実に抑止することができる。
For this reason, in the present embodiment, when the
特に、水素排出弁24が開弁状態に設定されると、メッシュ部60aから可動子52に向かうガス流が生じるため、メッシュ部60aから可動子52に向けて確実に水分を移動させることが可能である。
In particular, when the
図3は、可動子52とメッシュ部60aを近接させた場合に、メッシュ部60aに溜まった水分が可動子52側に流れ出す様子を示す模式図である。ここで、図3(a)は、図2(a)と同様に水素排出弁24が閉弁状態の場合を示しており、この状態では可動子52の上面とメッシュ部60aは離間している。この状態において、メッシュ部60aには水素排出弁24を流れるガス中の水分Wが付着しており、水分Wの表面張力によって膜が形成されている。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a state in which moisture accumulated in the
図3(b)は、図2(b)と同様に水素排出弁24が開弁状態の場合を示している。図3(b)に示すように、可動子52をメッシュ部60aに近接させて開弁状態にすると、メッシュ部60aに溜まった水分Wの表面と可動子52の上面が接触する。これにより、メッシュ部60aに付着していた水分Wが可動子52側に移動し、メッシュ部60aから水分Wが排出される。
FIG. 3B shows a case where the
そして、図3(c)に示すように、水素排出弁24が再び閉弁状態に戻った状態では、メッシュ部60aから水分が排出された状態となる。従って、メッシュ部60aに溜まった水分Wによってガス流の流れに支障が生じたり、メッシュ部60aに溜まった水分Wが凍結してしまうことを確実に抑えることができる。
And as shown in FIG.3 (c), in the state which the
図3(a)に示すように、表面張力によって形成された水分Wの膜の下面は、メッシュ部60aの下端よりも下側に位置している。従って、開弁時に水分をメッシュ部60aから可動子52に移動させるためには、水分の膜の下面と可動子52の上面が接触する距離まで可動子52とメッシュ部60aを近接させることが好適である。より詳細には、メッシュ部60aに形成された水分Wの下面の位置は、メッシュ部60aにおけるメッシュのピッチ、メッシュ部60aの材料等に応じて変動するため、これらのパラメータに基づいて開弁時における可動子52の上面とメッシュ部60aの底面の距離を最適な値に設定し、開弁時に水分Wの下面と可動子62の上面が接触するようにすることが好適である。
As shown in FIG. 3A, the lower surface of the film of moisture W formed by surface tension is located below the lower end of the
図4は、水素排出弁24の開弁時に、可動子52の上面とメッシュ部60aの下面を当接させた場合を示している。このように、開弁時に可動子52とメッシュ部60aを当接させた場合も、メッシュ部60aに溜まった水分を可動子52側へ移動させることができ、メッシュ部60aから水分を排出することが可能である。
FIG. 4 shows a case where the upper surface of the
以上説明したように実施の形態1によれば、水素排出弁24の開弁時に、水素排出弁24に内蔵されたフィルタ60のメッシュ部60aの下面と水素排出弁24の可動子52とを近接させるようにしたため、フィルタ60に溜まった水分を可動子52側に移動させることができる。これにより、フィルタ60のメッシュ部60aに溜まった水分を排出することができるため、フィルタ60の表面積を有効に利用してガス流を濾過することができ、ガス流の圧力損失を低減することができる。また、メッシュ部60aから水分を排出できるため、メッシュ部60aに溜まった水分によって水素排出弁24内のガスの流れが阻害されたり、低温時に水分が凍結してガス流が遮断されてしまうことを抑止できる。従って、水素排出弁24の信頼性を向上させることができる。
As described above, according to the first embodiment, when the
なお、実施の形態1では、水素排出弁24の開弁時に可動子52とメッシュ部60aとが近接するように構成したが、開弁時に可動子52と連動して動く部材とメッシュ部60aとを近接させるようにしても良い。例えば、異なる動きをする可動部が複数存在するパイロットバルブ等にフィルタ60を内蔵させ、開弁時に可動部の1つをフィルタ60のメッシュ部60aと近接させるようにしても良い。
In the first embodiment, the
また、実施の形態1では、燃料電池システム10の水素排出弁24に本発明を適用したが、空気調圧弁38、空気循環弁42など他の開閉弁に適用することも可能であり、システム内の湿潤ガスが流れる流路に設けられた開閉弁に適用することで、上記と同様の効果を得ることができる。
In the first embodiment, the present invention is applied to the
また、実施の形態1では、水素排出弁24の開弁時に可動子52とメッシュ部60aが近接するように構成したが、閉弁時に可動子52とメッシュ部60aが近接するように構成しても良い。この場合、閉弁時にメッシュ部60aに溜まった水分を排出することが可能である。
Further, in the first embodiment, the
また、実施の形態1では、水素排出弁24などの弁機構にフィルタ60を内蔵した場合を示したが、弁機構以外の構造であっても、所定の場合に可動する可能部材とフィルタを備えたものであれば、可動部材が可動した場合に可動部材とフィルタが近接又は接触するように構成することで、フィルタに滞留した水分を排出することが可能である。
In the first embodiment, the case where the
実施の形態2.
次に、本発明の実施の形態2について説明する。図5は、実施の形態2に係るフィルタ60を示す模式図である。図5に示すフィルタ60は、例えば図1においてアノード循環系のポンプ30の上流に配置されているフィルタ32として用いられる。ポンプ30の上流にフィルタ32を設けることで、ポンプ30内にゴミ等の異物が流入することを抑止できる。フィルタ60の構成は実施の形態1で説明したものと同様であり、フィルタ60は、メッシュ部60aと枠部60bとから構成されている。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a schematic diagram showing a
図5に示すように、フィルタ60は水平方向に延在する流路内に配置されている。そして、メッシュ部60aの下部には、メッシュ部60aと流路内壁を接続する線状部62が設けられている。線状部62は、金属線、樹脂繊維等から構成されており、長手方向に水分を導水させる機能を有している。
As shown in FIG. 5, the
このように、メッシュ部60aと流路内壁を線状部62で接続することによって、メッシュ部60aに溜まった水分を流路内壁側に移動させることができる。従って、メッシュ部60aに水分が溜まっている場合、メッシュ部60aから水分を排出することが可能となる。これにより、メッシュ部60aに溜まった水分によって、フィルタ60を流れるガス流が阻害されてしまうことを確実に抑止することができる。好適には、線状部62による導水機能、水分排出機能をより高めるため、グリコール等の親水処理を線状部62に施しておくことが望ましい。また、線状部62の表面に凹凸等を形成することで、導水機能、水分排出機能を物理的に向上させても良い。
Thus, by connecting the
図6は、図5のフィルタ60を流路の下流側から見た状態を示す模式図である。図6に示すように、メッシュ部60aと流路内壁を接続する線状部62は、メッシュ部60aの円周方向に複数箇所設けられている。図6の例では、メッシュ部60aの円周方向に所定の角度(例えば15°)毎に線状部62が設けられている。このように、メッシュ部60aの円周方向の複数箇所に線状部62を設けることで、メッシュ部60aに滞留した水分を確実に排出することが可能である。また、フィルタ60が設けられた図1のシステムが燃料電池自動車に搭載された場合は、鉛直方向に対して所定の角度位置に線状部62を設けることで、車体が傾斜した場合であってもフィルタ60から流路壁面へ水分を移動させることが可能となる。
FIG. 6 is a schematic view showing a state in which the
以上説明したように実施の形態2によれば、フィルタ60のメッシュ部60aと流路内壁を線状部62で接続したため、メッシュ部60aに溜まった水分を線状部62に沿って流すことができ、水分を流路内壁側へ移動させることが可能となる。従って、メッシュ部60aに水分が滞留してしまうことを確実に抑止することができ、低温時に滞留した水分が凍結してしまうことを抑止できる。これにより、フィルタ60が設けられた流路内にガスを確実に流すことが可能となる。
As described above, according to the second embodiment, since the
なお、実施の形態1と同様にフィルタ60を水素排出弁24などの流体制御弁に内蔵し、フィルタ60のメッシュ部60aと流体制御弁の内壁を線状部62で接続しても良い。
As in the first embodiment, the
10 燃料電池システム
24 水素排出弁
52 可動子
60 フィルタ
62 線状部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記流体に含まれる不要成分を除去する捕捉手段と、
所定の条件で可動して前記流体の流れを制御する可動子、又は前記可動子と連動して可動する部材と、を備え、
前記可動子又は前記可動子と連動して可動する部材は、その可動時に、前記捕捉手段に滞留する流体が接触する距離まで前記捕捉手段に近接することを特徴とする流体制御弁。 A fluid control valve for controlling the flow of fluid,
Capturing means for removing unnecessary components contained in the fluid;
A movable element that moves under a predetermined condition to control the flow of the fluid, or a member that moves in conjunction with the movable element,
The fluid control valve according to claim 1, wherein the movable element or a member movable in conjunction with the movable element is close to the capturing means to a distance where the fluid staying in the capturing means contacts when the movable element is movable.
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