JP2020187841A

JP2020187841A - バルブ

Info

Publication number: JP2020187841A
Application number: JP2019089766A
Authority: JP
Inventors: 亮一吉冨; Ryoichi Yoshitomi; 哲也福田; Tetsuya Fukuda
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2019-05-10
Filing date: 2019-05-10
Publication date: 2020-11-19
Anticipated expiration: 2039-05-10
Also published as: US11127959B2; CN111911709A; JP6865248B2; US20200358115A1; CN111911709B

Abstract

【課題】小型化を図りつつ流路形状の自由度を高めると共に、オリフィスの凍結抑制又は解凍を良好に行うことができるバルブを提供する。【解決手段】バルブ７０は、燃料電池システム１０の反応ガス系装置１７に配置される。バルブ７０は、水を流動可能な流路７２を内部に有するハウジング７４と、ハウジング７４に挿入される棒状のヒータ１２０とを備える。流路７２の所定位置には、流路断面積が小さいオリフィス９６ａが設けられる。ヒータ１２０は、バルブ７０のソレノイド７６側からハウジング７４の軸方向に沿って傾斜し、且つその先端部１２２ａがオリフィス９６ａに近接している。【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池システムの反応ガス系装置に設置されるバルブに関する。

燃料電池システムは、反応ガス系装置（アノードガス系装置、カソードガス系装置）から燃料電池スタックにアノードガス及びカソードガスを供給することで、燃料電池スタック内の発電セルが発電を行う。

燃料電池システムのアノードガス系装置は、燃料電池スタックから排出されるアノードオフガスに含まれる水を排出するためのバルブ（パージバルブ）を備える（特許文献１参照）。この種のバルブは、燃料電池システムの低温環境下で水が凍結すると、内部の流路が閉塞する可能性がある。このため、特許文献１に開示のバルブには、解凍を行うヒータが設けられている。

特開２００８−２７０１５１号公報

ところで、バルブは、低温環境下において、流路のうち流路断面積が小さいオリフィスが最も閉塞し易い。このため、ヒータは、オリフィスの周辺を加熱することが好ましい。しかしながら、オリフィスの近傍にヒータを単純に設置すると、オリフィス周辺のハウジングが太くなり、設置スペースが限られる燃料電池システムの他の構成にハウジングやヒータが干渉する、又はバルブ内の流路形状が大幅に制限される等の不都合が生じる。

本発明は、上記の燃料電池システムに適用されるバルブに関連するものであり、小型化を図りつつ流路形状に依存せずに、オリフィスの凍結抑制又は解凍を良好に行うことができるバルブを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の一態様は、燃料電池システムの反応ガス系装置に配置されるバルブであって、液体を流動可能な流路を内部に有するハウジングと、前記ハウジングに挿入される棒状のヒータとを備え、前記流路の所定位置には、流路断面積が小さいオリフィスが設けられ、前記ヒータは、前記バルブのソレノイド側から前記ハウジングの軸方向に沿って傾斜し、且つその先端部が前記オリフィスに近接している。

上記のバルブは、ヒータの先端部がオリフィスに近接していることで、低温環境下でオリフィスの周辺をヒータにより迅速に加熱して、オリフィスの凍結抑制又は解凍を良好に行うことができる。しかも、ヒータは、ソレノイド側からハウジングの軸方向に沿って傾斜しているので、ハウジングを太くせず、また流路を避けるように設置することが可能である。従って、バルブは、小型化が図られ、設置スペースが小さい燃料電池システムでも簡単に配置可能となり、さらに流路形状に依存せずにオリフィス周辺を加熱することができる。

本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を概略的に示すブロック図である。図１のバルブを基端側から見た概略説明図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。変形例に係るバルブを基端側から見た概略説明図である。

以下、本発明について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本発明の一実施形態に係るバルブ７０は、図１に示すように、燃料電池車両１１（燃料電池自動車：以下、単に車両１１という）に搭載される燃料電池システム１０の反応ガス系装置１７に適用され、反応ガス系装置１７に生じる水を含む反応ガスの排出と排出停止とを切り替える。燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２、アノード系装置１４、カソード系装置１６、冷却装置１８及び制御装置２０（ＥＣＵ）を備える。

燃料電池スタック１２は、アノード系装置１４から供給されるアノードガス（水素等の燃料ガス）と、カソード系装置１６から供給されるカソードガス（エア等の酸化剤ガス）との電気化学反応により発電する複数の発電セル２２を有する。すなわち、アノード系装置１４は、アノードガスを流通させる一方の反応ガス系装置１７であり、カソード系装置１６はカソードガスを流通させる他方の反応ガス系装置１７である。

複数の発電セル２２は、電極面を立位姿勢にして車両１１の車幅方向に沿って積層されている。なお、複数の発電セル２２は、車両１１の前後方向や重力方向に積層されていてもよい。

発電セル２２は、電解質膜・電極構造体２４（以下、「ＭＥＡ２４」という）と、ＭＥＡ２４を挟持する２つのセパレータ２６とで構成される。ＭＥＡ２４は、電解質膜２８（例えば、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜））と、電解質膜２８の一方の面に設けられたアノード電極３０と、電解質膜２８の他方の面に設けられたカソード電極３２とを有する。２つのセパレータ２６のうち一方のセパレータ２６は、アノード電極３０と対向し合う面にアノードガスを流動させるアノード流路３４を形成する。２つのセパレータ２６のうち他方のセパレータ２６は、カソード電極３２と対向し合う面にカソードガスを流動させるカソード流路３６を形成する。また、２つのセパレータ２６同士が対向し合う面は、冷媒を流動させる冷媒流路３８を形成する。

さらに、燃料電池スタック１２は、アノードガス、カソードガス及び冷媒を発電セル２２の積層方向に沿って流動させ、アノード流路３４、カソード流路３６及び冷媒流路３８に流通させる複数の連通孔（不図示）を備える。各連通孔は、燃料電池スタック１２に接続されるアノード系装置１４、カソード系装置１６及び冷却装置１８の配管に連通している。

カソード系装置１６は、燃料電池スタック１２にカソードガスを供給するカソード供給管４０と、燃料電池スタック１２で発電に使用されたカソードオフガスを排出するカソード排出管４２とを有する。また冷却装置１８は、配管として、燃料電池スタック１２に冷媒を供給する冷媒供給管４４と、燃料電池スタック１２から冷媒を排出する冷媒排出管４６とを有する。

アノード系装置１４は、燃料電池スタック１２にアノードガスを供給するアノード供給管４８と、燃料電池スタック１２で発電に使用されたアノードオフガスを排出するアノード排出管５０とを有する。また、アノード供給管４８とアノード排出管５０の間には、アノード排出管５０のアノードオフガスに含まれる水素（アノードガス）をアノード供給管４８に戻すためのバイパス管５２が接続されている。

アノード系装置１４は、燃料電池スタック１２にアノードガスを供給するためのデバイスとして、アノード供給管４８の上流から下流に向かって順に、タンク５４、インジェクタ５６、エジェクタ５８及び圧力センサ５９を備える。タンク５４は、アノード供給管４８の一端に接続され、貯留しているアノードガス（高圧水素ガス）をアノード供給管４８に供給する。インジェクタ５６は、アノード供給管４８において上流側から供給されるアノードガスに関して、所定の流量を所定の噴出圧で下流側に噴出する。エジェクタ５８は、インジェクタ５６から噴出したアノードガスの流動により発生する負圧により、バイパス管５２からアノードガスを吸引しつつ下流側の燃料電池スタック１２にアノードガスを供給する。圧力センサ５９は、燃料電池スタック１２に供給されるアノードガスの圧力を検出する。

一方、アノード系装置１４のアノード排出管５０には、気液分離装置６０及びアノードオフガスの温度を検出する温度センサ６２が設けられている。燃料電池スタック１２から排出されるアノードオフガスには、燃料電池スタック１２の発電により生じた水、発電に使用されていない未反応の水素（アノードガス）、及びカソード側から電解質膜２８を透過した窒素が含まれる。気液分離装置６０は、アノードオフガスに含まれる気体と、液水を分離する。

図２に示すように、気液分離装置６０は、アノード排出管５０に接続される所定形状のケース６４（構造体）を備える。ケース６４内には、アノード排出管５０内の流動路５０ａ（図１参照）に連通する内部空間６６が設けられている。内部空間６６は、重力方向上側の気体室６６ａと、重力方向下側の貯水室６６ｂとを含む。バイパス管５２の一端は、気液分離装置６０の気体室６６ａに連通するように接続されている。

そして、気液分離装置６０には、アノードオフガスから分離した水及び反応ガスを排水管６８に排出するバルブ７０（パージバルブ、ブリードバルブ）が設けられている。本実施形態において、バルブ７０は、気液分離装置６０のケース６４の重力方向下側位置に固定されるユニットとして構成されている。バルブ７０は、貯水室６６ｂに連通する流路７２を内部に有する。なお、バルブ７０は、気液分離装置６０に一体で取り付けられるものに限定されず、例えば気液分離装置６０に接続された排水管６８（図１参照）に設けられてもよい。また、本発明のバルブ７０は、燃料電池システム１０の反応ガス系装置１７の流路に用いられる他のバルブにも適用可能である。

図２及び図３に示すように、バルブ７０は、ハウジング７４、ソレノイド７６、プランジャ７８及び弁本体８０を備える。また、ハウジング７４は、気液分離装置６０にバルブ７０を固定するための固定用ハウジング８２と、ソレノイド７６を収容するソレノイド用ハウジング８４と、プランジャ７８を収容するプランジャ用ハウジング８６とに分割する。なお、ハウジング７４の構造は、本実施形態に限定されず、例えば、３つのハウジング８２、８４、８６が一体成形されていてもよく、逆に４以上の分割構造に構成されていてもよい。

固定用ハウジング８２は、気液分離装置６０の液水（及び気体の一部）を流動可能な流路７２を有する筒体８８に形成されている。筒体８８は、気液分離装置６０のケース６４の重力方向下側に形成された取付穴６４ａに挿入される。筒体８８の外周面には、周方向に周回する溝部８８ａが複数（図示例では２つ）形成されており、各溝部８８ａには、筒体８８を気液分離装置６０の取付穴６４ａに挿入した状態で、取付穴６４ａを構成する内壁と筒体８８との間をシールするＯリング９０が装着される。

また、取付穴６４ａから露出される筒体８８には、バルブ７０をケース６４に取り付けるために、筒体８８の軸方向に対して直交方向に突出して環状に周回するフランジ部９２が連設されている。フランジ部９２の重力方向上側は、筒体８８から突出しており、突出部分には固定用のボルト９４が挿入される孔部９２ａが設けられている。ボルト９４は、ハウジング７４の孔部９２ａを通して、気液分離装置６０のケース６４に形成されたネジ穴６４ｂに螺合されることで、バルブ７０を気液分離装置６０に固定する。

バルブ７０（固定用ハウジング８２）の流路７２は、筒体８８の軸方向に沿って直線状に延在する流入路９６と、流入路９６に連通すると共に弁本体８０が収容される弁室９８と、弁室９８に連通すると共に流入路９６と異なる方向に延在する流出路１００とを含む。本実施形態において流出路１００は、弁室９８から重力方向下側に向かって傾斜している。

そして、バルブ７０は、流入路９６上で弁室９８から上流側に若干離れた位置にオリフィス９６ａを備える。オリフィス９６ａは、流路７２において流路断面積（直径）が最も小さい箇所である。例えば、オリフィス９６ａは、固定用ハウジング８２の流入路９６に小径の孔を形成するリング部材９７を設置することで構成される。

ソレノイド用ハウジング８４は、固定用ハウジング８２の基端面に接し、且つプランジャ用ハウジング８６の周囲を覆う筒状に形成されている。ソレノイド用ハウジング８４内には、筒状に構成されたソレノイド７６が埋設されている。ソレノイド７６を構成するコイルは、ソレノイド用ハウジング８４の側部に連設されたソレノイド用コネクタ１０２の端子１０２ａに電気的につながっている。ソレノイド用コネクタ１０２は、ソレノイド用ハウジング８４の外周面から径方向外側に突出した筒状に構成され、図示しない電源プラグが挿入される。ソレノイド７６は、外部からの電力供給に基づき磁気作用力を生じさせてプランジャ７８を進退させる。

プランジャ用ハウジング８６は、シリンダ形状を有し、固定用ハウジング８２内及びソレノイド用ハウジング８４内に挿入される。プランジャ用ハウジング８６の基端は、閉塞枠１０４により閉塞されて位置決め固定される。

プランジャ用ハウジング８６の内側且つ先端寄りには、プランジャ７８を摺動可能に収容する収容空間８６ａが形成されている。収容空間８６ａは、プランジャ用ハウジング８６の先端において開放しており、プランジャ７８の頭部１０８を露出させている。プランジャ用ハウジング８６の先端には、固定用ハウジング８２と協働して弁本体８０を挟み込むと共に、プランジャ７８の移動限界を規定する内側突部材１０６が組み込まれている。

プランジャ７８は、軸心方向に沿って上記の頭部１０８及び胴部１１０を有する円柱状に形成され、頭部１０８には弁本体８０の開閉部１１８が接合されている。プランジャ７８は、ソレノイド７６の磁気作用力に基づき収容空間８６ａ内を進退し、開閉部１１８を軸方向に沿って変位させる。また、プランジャ７８（胴部１１０）の基端側には、プランジャ７８の後退の変位量を調整するストッパ部１１２が設けられると共に、プランジャ７８を先端方向に付勢するバネ１１４が設けられる。

弁本体８０は、ゴム等の弾性部材が適用される。弁本体８０は、弁室９８内に移動可能に配置され、移動に伴い流入路９６と弁室９８の境界部分（固定用ハウジング８２のリング状の凸部８２ａ）を開閉する。弁本体８０は、ハウジング７４に固定される外周側の薄肉部１１６と、内周側において肉厚に形成されて流路７２の遮断及び開通を切り替える開閉部１１８とを有する。

例えば、弁本体８０は、ソレノイド７６の通電停止状態で弁室９８の凸部８２ａに開閉部１１８が接触して流路７２を遮断する。その一方で、弁本体８０は、ソレノイド７６の通電状態でプランジャ７８が基端方向に変位することにより、弁室９８の凸部８２ａから離間して流路７２を開放する。つまり弁本体８０は、燃料電池システム１０の動作停止時に流路７２を閉じる常閉型に構成されている。なお、弁本体８０は、燃料電池システム１０の動作停止時に流路７２を開く常開型に構成されていてもよい。

ここで、燃料電池システム１０は、低温環境下において、流路７２を流通する水が凍結する場合がある。特に、流路７２上に設けられたオリフィス９６ａは、低温環境下で流路７２を閉塞し易い。そのため、本実施形態に係るバルブ７０は、オリフィス９６ａの周辺（近傍）を加熱する２本（一対）のヒータ１２０を備えている。

一対のヒータ１２０は、棒状に構成され、バルブ７０のソレノイド７６側からハウジング７４の軸方向に沿って傾斜し、且つその先端部（発熱部分）１２２ａがオリフィス９６ａに近接するように設置される。また、各ヒータ１２０は、ハウジング７４の重力方向上側において幅方向に並び、流出路１００から離れた位置で、弁室９８の外側を延在している。そして各ヒータ１２０は、その軸心の延長がオリフィス９６ａの中心で交わるように設置されている。

ハウジング７４（固定用ハウジング８２）には、各ヒータ１２０を設置するための設置用穴部８３が一対形成され、各設置用穴部８３は固定用ハウジング８２の基端面の挿入口８３ａに連通している。従って、各設置用穴部８３はハウジング７４に容易に成形することが可能である。ヒータ１２０は、バルブ７０の組立時に、挿入口８３ａから設置用穴部８３の先端方向に向かって差し込まれることで、その先端部１２２ａがオリフィス９６ａに近接する位置に配置される。

各ヒータ１２０は、長尺な棒部１２２と、棒部１２２の基端に取り付けられる連結部材１２４と、連結部材１２４の基端から挿入され棒部１２２に電気的に接続されるハーネス１２６とを有するカートリッジ型に構成されている。

棒部１２２は、上記の小径の孔であるオリフィス９６ａ（リング部材９７）に近接する先端部１２２ａを有する。オリフィス９６ａに対する先端部１２２ａの「近接」とは、ヒータ１２０（棒部１２２）の延在部分に対し先端部１２２ａが少なくとも径方向内側に位置すると共に、流路７２に露出していないことを言う。

また、棒部１２２の軸線とハウジング７４の軸方向とでなす傾斜角度θは、４５°以下に設定されることが好ましい。これにより棒部１２２が、ハウジング７４の軸方向に対して大きく離間することがなく、ハウジング７４の小径化が促される。また、先端部１２２ａにおいてオリフィス９６ａに最も近い内側点と、オリフィス９６ａを構成する内面との最小距離Ｄｉは、バルブ７０のサイズにもよるが、例えば１ｍｍ〜数ｃｍの範囲、又はオリフィス９６ａの直径φｏに対して０．５〜３倍の範囲に設定されるとよい。

一方、棒部１２２の基端部は、固定用ハウジング８２の基端面から基端方向に傾斜して突出している。そして、本実施形態に係るヒータ１２０は、棒部１２２の先端部１２２ａが加熱される一方で、先端部１２２ａよりも基端側の延在部分の加熱が抑制されるように構成されている。なお、ヒータ１２０は、棒部１２２の全長にわたって均一に加熱される構成でもよい。

ヒータ１２０の連結部材１２４は、中空部１２４ａを内側に有する有底筒状に形成され、棒部１２２の基端側が挿入されることで、ハーネス１２６と棒部１２２の接続箇所を覆っている。底部の中央にはハーネス１２６を通す貫通孔１２４ｂが形成されている。連結部材１２４と棒部１２２は、溶着、接着、螺合等の適宜の手段により強固に固定される。

また、ハウジング７４及び連結部材１２４は、ヒータ１２０を取り付けるための取付機構１２８を構成している。例えば、取付機構１２８としては、固定用ハウジング８２の設置用穴部８３を構成する内面に雌ネジ部（不図示）を備える一方で、連結部材１２４の外周面に雌ネジ部に螺合可能な雄ネジ部（不図示）を備えることがあげられる。なお、取付機構１２８は、溶着や接着等の他の手段であってもよい。

連結部材１２４において固定用ハウジング８２の基端から突出している部分（ヒータ１２０の基端部）は、ケース６４から離間している（ケース６４に対して非接触となっている）。

ハーネス１２６は、一端が棒部１２２に接続される一方で、他端が図示しない配電部（又は制御装置２０）に接続されている。ハーネス１２６は、制御装置２０の制御下に配電部から電力が供給されることで、棒部１２２を加熱する。各ヒータ１２０は、例えば、５０Ｗ程度の電力供給下に、加熱を行うように構成されている。

図１に戻り、燃料電池システム１０の制御装置２０は、プロセッサ、メモリ、入出力インタフェースを有するコンピュータで構成され、バルブ７０を含むアノード系装置１４、カソード系装置１６及び冷却装置１８の動作を制御する。また、制御装置２０には、アノード排出管５０に設けられる温度センサ６２、車両１１の適宜の箇所に設けられる温度センサ１３０、アノード供給管４８に設けられる圧力センサ５９等が通信可能に接続されている。制御装置２０は、車両１１の運転停止時でも動作を継続して、温度センサ６２、１３０や圧力センサ５９の検出信号に基づきバルブ７０の状態を監視し、一対のヒータ１２０の動作を制御する。

本実施形態に係るバルブ７０は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下その動作について説明する。

燃料電池システム１０は、制御装置２０の制御下に、アノード系装置１４のアノード供給管４８から燃料電池スタック１２にアノードガスを供給し、カソード系装置１６のカソード供給管４０から燃料電池スタック１２にカソードガスを供給する。これにより燃料電池スタック１２内では、各発電セル２２のアノード電極３０にアノードガスが供給される一方で、各発電セル２２のカソード電極３２にカソードガスが供給され、各発電セル２２が発電を行う。また、制御装置２０は、燃料電池スタック１２の発電時に、冷却装置１８を動作して冷媒を循環させ、燃料電池スタック１２の冷却を行う。

燃料電池スタック１２は、発電時に、アノード系装置１４のアノード排出管５０にアノードオフガスを排出し、カソード系装置１６のカソード排出管４２にカソードオフガスを排出する。アノード排出管５０に排出されたアノードオフガスは、下流側の気液分離装置６０に流通して、気液分離装置６０内で水素と水に分離する。そして気液分離装置６０の水素は、エジェクタ５８の吸引に基づきバイパス管５２に流動し、アノード供給管４８に供給される。

また、制御装置２０は、発電時の適宜のタイミングで、バルブ７０のソレノイド７６に電力を供給して、バルブ７０内の流路７２を開放することで、気液分離装置６０の水と共に水素、水蒸気、窒素等の反応ガスを排水管６８に排出させる。

そして、制御装置２０は、車両１１の停車に伴い燃料電池システム１０の動作を停止した際及び燃料電池システム１０の起動時に、バルブ７０の状態を監視する。すなわち、燃料電池システム１０は、周辺が低温環境下になると、気液分離装置６０からバルブ７０の流路７２に流出した水に凍結が生じる。特に、流路７２内でオリフィス９６ａの形成箇所は、流路７２が細いので凍結に伴い流路７２を閉塞し易い。そのため、制御装置２０は、バルブ７０の流路７２での凍結の発生の判定、又は凍結の発生を予測してバルブ７０のヒータ１２０による加熱を行う。

例えば、制御装置２０は、燃料電池システム１０の動作停止時に、アノード供給管４８内のアノードガスの圧力を圧力センサ５９により検出し、アノードガスの検出圧力が所定の圧力閾値以上となった場合に、ヒータ１２０の電力供給を開始する。圧力が圧力閾値以上の場合には、バルブ７０の流路７２が凍結により閉塞していると予測されるからである。

或いは、制御装置２０は、温度センサ６２（又は温度センサ１３０）の検出温度及び時間計測に基づき、検出温度が予め設定された温度閾値（例えば０℃）以下となり、且つ温度閾値以下の状態が所定時間経過したことを判定すると、ヒータ１２０の電力供給を開始する。このように、温度閾値以下の状態が所定時間経過することを監視することで、凍結の発生を予測することができる。

制御装置２０は、凍結の発生及び凍結の発生の予測をした場合に、バルブ７０の一対のヒータ１２０に電力供給を行うことでバルブ７０を加熱する。図３に示すように、各ヒータ１２０の先端部１２２ａは、オリフィス９６ａに近接した位置にあり、加熱によりオリフィス９６ａの近傍のハウジング７４を昇温させる。従って例えば、オリフィス９６ａが凍結により閉塞していた場合にオリフィス９６ａの解凍を直ちに行って、バルブ７０内の流路７２を流通可能状態とすることができる。また例えば、オリフィス９６ａが凍結しそうな場合にオリフィス９６ａの周辺部を加熱することで、凍結を抑制することができる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されず、発明の要旨に沿って種々の改変が可能である。例えば、本発明のヒータ１２０の構成は、アノード系装置１４の他のバルブに適用されてもよく、またカソード系装置１６（反応ガス系装置１７）に設けられるバルブに適用されてもよい。

バルブ７０のヒータ１２０の設置及び設置数は、特に限定されるものではなく、例えば、ヒータ１２０を１本のみ備えた構成でもよく、３本以上のヒータ１２０を備えた構成でもよい。また、ヒータ１２０は、ソレノイド用コネクタ１０２とは反対側の側方に設置されてもよい。或いは、ヒータ１２０は、ハウジング７４（固定用ハウジング８２）の重力方向下側に設置されてもよい。

さらに例えば、図４に示す変形例のように、バルブ７０Ａは、重力方向上側にヒータ１２０を備えると共に、弁本体８０を挟んだ重力方向下側にヒータ１２０を備えていてもよい。図４中においてヒータ１２０は、重力方向上側に１つ設けられる一方で、重力方向下側に一対（２つ）設けられる。このように配置された各ヒータ１２０は、オリフィス９６ａの周方向を略均等に加熱することができ、オリフィス９６ａの解凍を迅速化することができる。

上記の実施形態から把握し得る技術的思想及び効果について、以下に記載する。

燃料電池システム１０の反応ガス系装置１７に配置されるバルブ７０、７０Ａであって、液体を流動可能な流路７２を内部に有するハウジング７４と、ハウジング７４に挿入される棒状のヒータ１２０とを備え、流路７２の所定位置には、流路断面積が小さいオリフィス９６ａが設けられ、ヒータ１２０は、バルブ７０、７０Ａのソレノイド７６側からハウジング７４の軸方向に沿って傾斜し、且つその先端部１２２ａがオリフィス９６ａに近接している。

上記のバルブ７０、７０Ａは、ヒータ１２０の先端部１２２ａがオリフィス９６ａに近接していることで、低温環境下でオリフィス９６ａの周辺をヒータ１２０により迅速に加熱して、オリフィス９６ａの凍結抑制又は解凍を良好に行うことができる。しかも、ヒータ１２０は、ソレノイド７６側からハウジング７４の軸方向に沿って傾斜しているので、ハウジング７４を太くせず、また流路７２を避けるように設置することが可能である。従って、バルブ７０、７０Ａは、小型化が図られ、設置スペースが小さい燃料電池システム１０でも簡単に配置可能となり、さらに流路形状の自由度を高めることができる。

また、流路７２は、オリフィス９６ａを有すると共に軸方向に平行に延在する流入路９６と、流入路９６に連通し弁本体８０により開閉される弁室９８と、弁室９８から流入路９６と異なる方向に延在する流出路１００とを含み、ヒータ１２０は、流出路１００を避けると共に、弁室９８の外側を延在している。これにより、バルブ７０、７０Ａは、液体の流路７２を確実に確保しつつ、オリフィス９６ａまでヒータ１２０を延在させることができる。

また、バルブ７０、７０Ａは、流路７２に液体を流通させる構造体（ケース６４）に固定され、ヒータ１２０の基端部は、構造体から離間した位置で露出されている。これにより、構造体がヒータ１２０を干渉することを抑制して、ヒータ１２０への電力供給を行うことができる。

また、ヒータ１２０は、ハウジング７４に複数設けられる。これにより、バルブ７０、７０Ａは、オリフィス９６ａの周辺を一層短時間に加熱することができる。

また、ハウジング７４の重力方向下側に配置されるヒータ１２０の数は、ハウジング７４の重力方向上側に配置されるヒータ１２０の数よりも多い。すなわち、バルブ７０Ａは、基本的に、構造体（ケース６４）の重力方向下側に設置されるため、重力方向下側に多く設けられたヒータ１２０は、構造体との干渉を容易に回避して、オリフィス９６ａまで延在することが可能となる。

また、ヒータ１２０の軸線とハウジング７４の軸方向とでなす傾斜角度θが４５°以下である。これにより、ヒータ１２０は、ハウジング７４の軸方向に一層沿うように設置されるので、バルブ７０、７０Ａの小型化をより促進することができる。

また、バルブ７０、７０Ａは、反応ガス系装置１７に生じる水を排出するパージバルブである。これにより、反応ガス系装置１７の水がバルブ７０、７０Ａの流路７２に流れ込んだ際に、ヒータ１２０の加熱により凍結抑制又は解凍を迅速に行うことができる。

１０…燃料電池システム１４…アノード系装置
１７…反応ガス系装置５０…アノード排出管
６０…気液分離装置６４…ケース
６４ａ…取付穴７０、７０Ａ…バルブ
７２…流路７４…ハウジング
７６…ソレノイド８０…弁本体
９６…流入路９６ａ…オリフィス
９８…弁室１００…流出路
１２０…ヒータ１２２ａ…先端部

Claims

燃料電池システムの反応ガス系装置に配置されるバルブであって、
液体を流動可能な流路を内部に有するハウジングと、
前記ハウジングに挿入される棒状のヒータとを備え、
前記流路の所定位置には、流路断面積が小さいオリフィスが設けられ、
前記ヒータは、前記バルブのソレノイド側から前記ハウジングの軸方向に沿って傾斜し、且つその先端部が前記オリフィスに近接している
バルブ。
請求項１記載のバルブにおいて、
前記流路は、
前記オリフィスを有すると共に前記軸方向に平行に延在する流入路と、
前記流入路に連通し弁本体により開閉される弁室と、
前記弁室から前記流入路と異なる方向に延在する流出路とを含み、
前記ヒータは、前記流出路を避けると共に、前記弁室の外側を延在している
バルブ。
請求項１又は２記載のバルブにおいて、
前記バルブは、前記流路に前記液体を流通させる構造体に固定され、
前記ヒータの基端部は、前記構造体から離間した位置で露出されている
バルブ。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のバルブにおいて、
前記ヒータは、前記ハウジングに複数設けられる
バルブ。
請求項４記載のバルブにおいて、
前記ハウジングの重力方向下側に配置される前記ヒータの数は、前記ハウジングの重力方向上側に配置される前記ヒータの数よりも多い
バルブ。
請求項１〜５のいずれか１項に記載のバルブにおいて、
前記ヒータの軸線と前記ハウジングの軸方向とでなす傾斜角度が４５°以下である
バルブ。
請求項１〜６のいずれか１項に記載のバルブにおいて、
当該バルブは、前記反応ガス系装置に生じる水を排出するパージバルブである
バルブ。