JP5952151B2

JP5952151B2 - 燃料電池用電磁弁

Info

Publication number: JP5952151B2
Application number: JP2012213867A
Authority: JP
Inventors: 浩二箱田; 秀人平元; 敬雄池永; 亮一吉冨
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2032-09-27
Also published as: JP2014066341A

Description

本発明は、例えば、燃料電池システムに用いられ、酸素及び水素ガス等の燃料ガスの流量を調整することが可能な燃料電池用電磁弁に関する。

本出願人は、燃料電池システムにおいて、アノード側に対する水素の供給量を制御することが可能な燃料電池用電磁弁を提案している（特許文献１参照）。

特開２００４−２７０８００号公報

本発明は、前記の提案に関連してなされたものであり、ボディの内部で発生する水分のフィルタへの付着を防止することで、凍結による目詰まりを防止して燃料ガスを円滑に流通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。

前記の目的を達成するために、本発明は、燃料ガスが導入されフィルタの装着される導入通路と、前記燃料ガスの導出される導出通路と、前記導入通路と前記導出通路とを連通させる連通室とを有したボディと、前記ボディに連結され通電作用下に励磁するソレノイド部と、前記ソレノイド部の励磁作用下に軸方向に沿って変位する駆動部と、前記駆動部に連結され前記ボディの弁座部に対して着座・離間自在に設けられる弁体とを有する燃料電池用電磁弁において、
前記連通室において、前記導入通路の接続部が該連通室の底部よりも上方に配置されることを特徴とする。

本発明によれば、燃料電池用電磁弁において、燃料ガスの導入される導入通路を有したボディは、該導入通路にフィルタが設けられると共に、前記導入通路と連通した連通室を備え、前記連通室における前記導入通路の接続部が、該連通室の底部よりも上方となるように配置されている。

従って、燃料ガスに含まれる水分が、導入通路から連通室へと移動して該連通室の内部に溜まり始めた場合、前記水分は前記連通室の底部から溜まり始めるため、前記水分が前記底部に対して上方に配置された導入通路側へ浸入してしまうことが防止される。その結果、水分が導入通路のフィルタに付着し、例えば、寒冷地等の低温環境下において凍結することで目詰まりが生じてしまうことを確実に防止でき、低温環境下においても燃料ガスを円滑に流通させることができる。

また、連通室は、底部の直径を最も大きく形成することにより、燃料ガス中に含まれる水分が前記連通室の底部から溜り始めた場合でも、直径が大きく形成され容積の大きな前記底部で前記水分を保持できるため、該水分が前記連通室から導入通路側へと浸入してしまうことが防止される。その結果、水分がフィルタに付着して凍結することによる目詰まりの発生を防止できる。

さらに、弁座部を、導入通路の接続部に対して下方となる位置に設けることにより、連通室内に溜まった水分は、前記導入通路へ到達するよりも前に、該導入通路に対して下方に形成された弁座部を通じて導出通路側へと排出されるため、前記水分の前記導入通路側への浸入を確実に防止することが可能となり、フィルタに対する前記水分の付着が防止される。

さらにまた、導入通路に、燃料ガスの流量を絞るための絞り部を設け、該絞り部を前記導入通路の底部よりも上方に配置することにより、前記導入通路の底部に水分が溜まった場合でも、該水分が前記絞り部における燃料ガスの流通を妨げることがなく好適である。

またさらに、導入通路に、フィルタから離間する方向に向かって拡径するように傾斜した傾斜部を有することにより、前記フィルタ近傍の水分を前記傾斜部に沿って下方へと導いて前記導入通路の底部へと排出することができるため、前記フィルタ近傍に水分が溜まってしまうことが防止され、該水分がフィルタに付着して凍結することによる目詰まりを防止できる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、燃料ガスの導入される導入通路を有したボディには、該導入通路にフィルタが設けられると共に、前記導入通路と連通した連通室を備え、前記連通室における前記導入通路の接続部を、該連通室の底部よりも上方となるように配置することで、燃料ガスに含まれる水分が導入通路から連通室へと移動し、該連通室の底部から溜まり始めた場合でも、前記底部に対して上方に配置された導入通路側へ前記水分が浸入してしまうことを防止できる。その結果、水分が導入通路のフィルタに付着し、例えば、寒冷地等の低温環境下で凍結することで目詰まりが生じてしまうことを確実に防止でき、前記低温環境下においても燃料ガスを円滑に流通させることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る燃料電池用電磁弁の全体断面図である。図１の燃料電池用電磁弁における弁体近傍を示す拡大断面図である。変形例に係る燃料電池用電磁弁の弁体近傍を示す拡大断面図である。

本発明に係る燃料電池用電磁弁について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る燃料電池用電磁弁を示す。

この燃料電池用電磁弁１０は、燃料電池に用いられ、図示しない圧力制御部から供給された燃料ガス（水素）の流量を調整可能に設けられ、図１及び図２に示されるように、前記燃料ガスの流通する流路を有したバルブボディ（ボディ）１２と、前記バルブボディ１２の端部に連結されるソレノイド部１４と、前記ソレノイド部１４の励磁作用下に軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に移動する弁体１６を有した弁機構部１８とを含む。

バルブボディ１２は、例えば、金属製材料から形成され、燃料ガスの供給される導入通路２０を有した第１ボディ２２と、該第１ボディ２２に対して連結され前記燃料ガスの排出される導出通路２４を有した第２ボディ２６とを備える。

第１ボディ２２は、側方に向かって開口した導入通路２０を有し、該導入通路２０が水平方向に貫通して該第１ボディ２２の外部と中央部に形成された連通室３０と連通している。

導入通路２０は、燃料ガスの供給される入口２０ａ側が大径で、連通室３０側となる出口２０ｂ側が小径で形成され、前記入口２０ａ側には前記連通室３０への燃料ガスの流量を絞る絞り部３２が設けられ、前記出口２０ｂ側には燃料ガス中に含まれる塵埃等を除去するフィルタ３４が設けられる。また、導入通路２０の長手方向に沿った略中間部位には、入口２０ａ側に向かって徐々に拡径する傾斜部３６が形成される。すなわち、導入通路２０は、その略中間部において出口２０ｂ側から入口２０ａ側に向かって通路径が徐々に拡径するように形成されている。

絞り部３２は、例えば、導入通路２０を閉塞するプラグ状に形成され、その中心部には導入通路２０の通路径に対して縮径した絞り通路３８が形成される。そして、導入通路２０へ供給された燃料ガスが絞り部３２の絞り通路３８によって絞られた後に、フィルタ３４の設けられた下流側へと流通する。

フィルタ３４は、例えば、網目状の有底円筒体からなり、その開口部が絞り部３２側となるように配置され、前記フィルタ３４を燃料ガスが通過する際に、該燃料ガス中の塵埃を捕捉することで除去する。

第２ボディ２６は、鉛直方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に延在する筒部４４と、該筒部４４の外周面から半径外方向に突出した鍔部４６とを有し、前記筒部４４の内部には軸方向に沿って貫通した導出通路２４を有し、第１ボディ２２の連通室３０と外部とが前記導出通路２４を通じて連通している。そして、鍔部４６が第１ボディ２２の下面に当接した状態で図示しないボルト等によって一体的に連結される。

また、筒部４４の上端部には、弁機構部１８の弁体１６が着座する環状の弁座部４８が形成される。

連通室３０は、第２ボディ２６の筒部４４、鍔部４６及び第１ボディ２２の内周面に囲まれて形成され、第２ボディ２６側（矢印Ｂ方向）となる第１ボディ２２の内周面には半径外方向に拡径した拡径部５２が形成される。この拡径部５２、筒部４４及び鍔部４６で囲まれた連通室３０の底部５４の直径Ｄ１が、図２に示されるように、前記第１ボディ２２の内周径Ｄ２に対して大きく形成され（Ｄ１＞Ｄ２）、前記底部５４に対して上方（矢印Ａ方向）となる位置に導入通路２０の出口２０ｂが接続されている。

ソレノイド部１４は、バルブボディ１２の上部に設けられ、有底筒状のハウジング５６と、前記ハウジング５６の軸線上に変位自在に設けられる可動鉄心６２とを含む。

ハウジング５６は、例えば、金属製材料から断面Ｕ字状に形成され、バルブボディ１２側（矢印Ｂ方向）に向かって開口した状態で配置される。このハウジング５６の略中央部には、後述の可動鉄心６２が挿入される固定鉄心部６６が形成され、該固定鉄心部６６の外周側にはコイル５８が巻回されて収納されると共に、該ハウジング５６の側部には前記コイル５８に対して電気的に接続されたコネクタ部６８が設けられる。そして、コネクタ部６８に図示しないコネクタが接続された状態で、電源から電力がコイル５８へと供給される。

可動鉄心６２は、例えば、磁性材料から円柱状に形成され、ハウジング５６の内部を軸方向に沿って変位自在に設けられる。そして、可動鉄心６２は、固定鉄心部６６の内周面に摺接することにより、軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って案内される。

弁機構部１８は、可動鉄心６２の下部に形成される弁体１６と、前記弁体１６とハウジング５６との間に介装されるスプリング９０とを含む。

弁体１６は、可動鉄心６２の下端部に対して半径外方向に拡径した円盤状の弁部９６を有し、前記弁部９６の下端面には環状のシート部材９８が装着される。このシート部材９８は、例えば、ゴム等の弾性材料からなり、弁座部４８に着座する部位が弁部９６から離間する方向（矢印Ｂ方向）に突出している。

スプリング９０は、例えば、螺旋状に巻回されたコイルスプリングからなり、弁体１６の弁部９６とハウジング５６の端面との間に介装される。そして、スプリング９０の弾発力によって弁体１６が下方（矢印Ｂ方向）へと付勢される。

本発明の実施の形態に係る燃料電池用電磁弁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。なお、図１は、コイル５８に対して通電がなされていない非励磁状態にあり、可動鉄心６２がスプリング９０の弾発力によって弁座部４８側（矢印Ｂ方向）へと変位し、弁体１６のシート部材９８が前記弁座部４８に着座して導入通路２０と導出通路２４との連通が遮断された弁閉状態を示している。

このような弁閉状態において、図示しない電源を付勢してコイル５８に通電することにより該コイル５８が励磁され、その励磁作用下によって可動鉄心６２が固定鉄心部６６側へと吸引される。

そして、可動鉄心６２は、上方（矢印Ａ方向）へと変位し、それに伴って、前記可動鉄心６２に連結された弁体１６が上昇して弁座部４８から離間した弁開状態となる。これにより、連通室３０を通じて導入通路２０と導出通路２４とが連通し、前記導入通路２０に供給されている燃料ガスが、絞り部３２の絞り通路３８、フィルタ３４を通過した後、前記連通室３０を通じて導出通路２４へと流通することで、該導出通路２４から下流側に接続された他の装置へと供給される。

この際、燃料ガスに含まれる水分が、導入通路２０から連通室３０へと移動し、該連通室３０の内部に液体の状態で溜まってしまうことがある。このような場合でも、水分は、連通室３０の底部５４から溜まり始め、しかも、前記底部５４が前記連通室３０の上部側に対して大きく形成されているため、容積の大きく形成された前記底部５４側に溜めることで前記水分が導入通路２０側へと浸入してしまうことが防止される。その結果、水分が導入通路２０内のフィルタ３４に付着し、例えば、寒冷地等の低温環境下で凍結して目詰まりが発生してしまうことが防止される。その結果、寒冷地等の低温環境下においても燃料電池用電磁弁１０によって燃料ガスを円滑に流通させることが可能となる。

また、連通室３０の底部５４近傍は、第１ボディ２２の内周面が拡径した拡径部５２を有しているため、前記底部５４に溜まった水分が段付状に形成された拡径部５２によって上方への移動が抑制され、導入通路２０側への移動を防止することができるため、導入通路２０内のフィルタ３４への付着を防ぐことにより低温下で凍結することによる目詰まりを確実に防止できる。

さらに、絞り部３２の絞り通路３８を、導入通路２０の底部側に対して高い位置（上方）に配置することで、フィルタ３４近傍に溜まった水分が前記底部へと導かれた場合でも、前記絞り通路３８における燃料ガスの流通を妨げることがなく好適である。

さらにまた、導入通路２０に傾斜部３６を設けることにより、フィルタ３４近傍の水分を前記傾斜部３６に沿って下方（矢印Ｂ方向）へと導いて底部へと排出することができる。その結果、フィルタ３４近傍に水分が溜まってしまうことが防止され、該水分がフィルタ３４に付着した状態で凍結してしまうことが阻止される。

また、図３に示される変形例に係る燃料電池用電磁弁１２０のように、第２ボディ１２２における弁座部１２４を導入通路２０の出口２０ｂ側に対して下方（矢印Ｂ方向）となるように配置することで、連通室３０の底部５４に溜まった水分が、前記導入通路２０より低く（下方に）形成された弁座部１２４の内部を通じて導出通路２４側へと排出することができるため、前記水分が導入通路２０側へと浸入してフィルタ３４に付着してしまうことが確実に防止される。その結果、フィルタ３４に付着した水分が低温下において凍結し、目詰まりしてしまうことが確実に防止される。

なお、本発明に係る燃料電池用電磁弁は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０、１２０…燃料電池用電磁弁１２…バルブボディ
１４…ソレノイド部１６…弁体
１８…弁機構部２０…導入通路
２２…第１ボディ２４…導出通路
２６、１２２…第２ボディ３０…連通室
３２…絞り部３４…フィルタ
３６…傾斜部３８…絞り通路
４８、１２４…弁座部５２…拡径部
５４…底部９６…弁部

Claims

燃料ガスが導入されフィルタの装着される導入通路と、前記燃料ガスの導出される導出通路と、前記導入通路と前記導出通路とを連通させる連通室とを有したボディと、前記ボディに連結され通電作用下に励磁するソレノイド部と、前記ソレノイド部の励磁作用下に軸方向に沿って変位する駆動部と、前記駆動部に連結され前記ボディの弁座部に対して着座・離間自在に設けられる弁体とを有する燃料電池用電磁弁において、
前記連通室において、前記導入通路の接続部が該連通室の底部よりも上方に配置されることを特徴とする燃料電池用電磁弁。
請求項１記載の燃料電池用電磁弁において、
前記連通室は、前記底部の直径が最も大きく形成されることを特徴とする燃料電池用電磁弁。
請求項１又は２記載の燃料電池用電磁弁において、
前記弁座部は、前記導入通路の接続部に対して下方となる位置に設けられることを特徴とする燃料電池用電磁弁。
請求項３記載の燃料電池用電磁弁において、
前記導入通路には、前記燃料ガスの流量を絞るための絞り部が設けられ、該絞り部が前記導入通路の底部よりも上方に配置されることを特徴とする燃料電池用電磁弁。
請求項４記載の燃料電池用電磁弁において、
前記導入通路には、前記フィルタから離間する方向に向かって拡径するように傾斜した傾斜部を有することを特徴とする燃料電池用電磁弁。