パイロット式電磁弁および燃料電池システム
【課題】パイロット式電磁弁において、パイロット弁シート部の劣化を抑制する技術を提供する。
【解決手段】パイロット式電磁弁であって、パイロット弁体とパイロット弁シート部とを嵌合させる第２弾性体と、第１貫通孔および第２貫通孔の断面より小さい断面形状であり、第１貫通孔および第２貫通孔に挿入されると共に、プランジャに固定されるパイロットピンと、を備え、ソレノイドの励磁に対応して、プランジャが吸引方向に移動した場合において、パイロットピンは、主弁体よりも先に、若しくは、主弁体と共に、パイロット弁体を押圧し、ソレノイドの消磁時に、主弁体が所定の力を受けて、吸引方向に移動した場合において、パイロットピンは、パイロット弁体よりも先に、若しくは、パイロット弁体と共に、主弁体を押圧する。
【解決手段】パイロット式電磁弁であって、パイロット弁体とパイロット弁シート部とを嵌合させる第２弾性体と、第１貫通孔および第２貫通孔の断面より小さい断面形状であり、第１貫通孔および第２貫通孔に挿入されると共に、プランジャに固定されるパイロットピンと、を備え、ソレノイドの励磁に対応して、プランジャが吸引方向に移動した場合において、パイロットピンは、主弁体よりも先に、若しくは、主弁体と共に、パイロット弁体を押圧し、ソレノイドの消磁時に、主弁体が所定の力を受けて、吸引方向に移動した場合において、パイロットピンは、パイロット弁体よりも先に、若しくは、パイロット弁体と共に、主弁体を押圧する。
【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、または、パイロット式電磁弁を取り付けた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧な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、プランジャにパイロットピンが固定され、パイロットピンにパイロット弁体が固定される。プランジャは、弾性体であるスプリングによって、所定方向（以下では、押圧方向とも呼ぶ）に押圧される。ソレノイドの消磁時において、パイロット弁体は、プランジャが弾性体であるスプリングから受ける押圧力によって、パイロット弁シート部と嵌合している。
【０００３】
タンクに流体を充填する場合には、流体は、タンク外部からパイロット式電磁弁を介してタンク内に充填される。
【０００４】
【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】
【０００５】
しかしながら、上記パイロット式電磁弁において、タンクに流体を充填する場合には、流体による押圧力（以下では、流体押圧力とも呼ぶ）で、主弁体を押圧方向とは反対方向に移動させることにより行うため、パイロット弁シート部は、反作用として、パイロット弁体から流体押圧力に相当する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が劣化する等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る得る問題である。
【０００６】
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において、パイロット弁シート部の劣化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】
【０００７】
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。
【０００８】
[適用例１]
パイロット式電磁弁であって、プランジャと、励磁時に前記プランジャを吸引するソレノイドと、前記ソレノイドが前記プランジャを吸引する吸引方向とは反対の方向に、前記プランジャを押圧する第１弾性体と、前記第１弾性体が前記プランジャを押圧する押圧方向および前記吸引方向に略垂直な垂直方向に貫通する第１貫通孔を有するパイロット弁体と、主弁シート部と、前記主弁シート部と前記プランジャとの間に配置され、前記主弁体と嵌合する主弁体であって、前記第３方向に貫通する第２貫通孔と、前記パイロット弁体が挿入される中空部とを有し、前記パイロット弁体を、前記吸引方向、または、前記押圧方向に導くガイド部と、パイロット弁シート部と、を備える主弁体と、前記プランジャに取り付けられ、前記パイロット弁体を前記押圧方向に押圧し、前記ソレノイドの消磁時において、前記パイロット弁体と前記パイロット弁シート部とを嵌合させる第２弾性体と、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔の断面より小さい断面形状であり、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔に挿入されると共に、前記プランジャに固定されるパイロットピンと、を備え、前記ソレノイドの励磁に対応して、前記プランジャが前記吸引方向に移動した場合において、前記パイロットピンは、前記主弁体よりも先に、若しくは、前記主弁体と共に、前記パイロット弁体を押圧し、前記ソレノイドの消磁時に、前記主弁体が所定の力を受けて、前記吸引方向に移動した場合において、前記パイロットピンは、前記パイロット弁体よりも先に、若しくは、前記パイロット弁体と共に、前記主弁体を押圧することを要旨とする。
【０００９】
上記構成のパイロット式電磁弁によれば、パイロット弁シート部の劣化を抑制することができる。
【００１０】
[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、前記ソレノイドの消磁時において、前記第１貫通孔の内側面における前記パイロットピンから前記押圧方向に最も離れた第１部分と前記パイロットピンとの第１距離は、前記第２貫通孔の内側面における前記パイロットピンから前記押圧方向に最も離れた第２部分と前記パイロットピンとの第２距離より長いと共に、前記ソレノイドの消磁時において、前記第１貫通孔の内側面における前記パイロットピンから前記吸引方向に最も離れた第３部分と前記パイロットピンとの第３距離は、前記第２貫通孔の内側面における前記パイロットピンから前記吸引方向に最も離れた第４部分と前記パイロットピンとの第４距離より短い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、パイロット弁シート部の劣化を抑制することができる。
【００１１】
[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、前記パイロット弁シート部は、樹脂またはゴムで形成されていることを特徴とするパイロット式電磁弁。
【００１２】
このようにすれば、パイロット弁シート部とパイロット弁体とを密着した状態でしっかり嵌合させることができる。
【００１３】
[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、前記ソレノイドの消磁時において、前記第２部分は、前記パイロットピンと非接触であり、前記パイロット弁シート部において、前記パイロット弁体から受ける押圧力は、前記第２弾性体による押圧力とほぼ等しい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、パイロット弁シート部の劣化を抑制することができる。
【００１４】
[適用例５]
適用例１ないし適用例４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弾性体は、前記第２弾性体より弾性力が強い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、パイロット式電磁弁の消磁時において、主弁体が主弁シート部に密着した状態でしっかり嵌合し、流体が漏洩することを抑制することができる。
【００１６】
[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、前記パイロット式電磁弁は、ガスタンクに取り付けられることを特徴とするパイロット式電磁弁。
【００１７】
[適用例７]
燃料電池を備える燃料電池システムであって、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を備え、適用例１ないし適用例６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。
【００１８】
上記構成の燃料電池システムによれば、パイロット式電磁弁におけるパイロット弁シート部の劣化を抑制することができる。
【００１９】
なお、本発明は、上記したパイロット式電磁弁や燃料電池システムの他、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や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】
【００２０】
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．装置全体の説明：
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
Ａ２．パイロット式電磁弁の説明：
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の励磁開始（パイロット弁開弁）時における状態を示す図である。図４は、パイロット式電磁弁１００の励磁時（主弁開弁）時における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（消磁状態で主弁開弁状態）を示す図である。
【００３２】
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、パイロットピン１４０と、スプリング１５７と、ソレノイド１６０と、スプリング１７０と、プランジャ１８０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、プランジャ１８０と、主弁ＭＢと、パイロット弁ＰＢと、パイロットピン１４０と、スプリング１５７と、スプリング１７０と、をハウジング１１０内に組み込むと共に、ハウジング１１０の外壁にソレノイド１６０が配置されて形成される。
【００３３】
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、を備え、内部にタンク連通空間１１１を形成する。タンク連通空間１１１は、貫通孔１１０Ｂを介して、水素タンク３００の貯蔵空間３３３と連通する。
【００３４】
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。
【００３５】
プランジャ１８０は、磁性体であり、中空部１８１を形成する中空部形成部１８２を備える。プランジャ１８０は、ソレノイド１６０の励磁に応じて、移動する。以下では、ソレノイド１６０の励磁に応じて、プランジャ１８０が移動する方向を、吸引方向とも呼ぶ。
【００３６】
スプリング１７０は、プランジャ１８０を、吸引方向とは反対方向に押圧する。以下では、吸引方向とは反対方向を押圧方向とも呼ぶ。
【００３７】
主弁ＭＢは、主弁シート部１０５と、主弁体１２０と、から構成され、主弁体１２０が主弁シート部１０５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１２０Ａ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１２０Ａ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。
【００３８】
主弁シート部１０５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１１１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。
【００３９】
主弁体１２０は、パイロット弁シート部１２０Ａと、ガイド部１２０Ｂと、オリフィス孔１２０Ｃと、を備える。主弁体１２０は、主弁シート部１０５とプランジャ１８０との間であって、ガイド部１２０Ｂの一部が、プランジャ１８０の中空部１８１内に配置される。
【００４０】
ガイド部１２０Ｂは、中空部１２７を形成する。ガイド部１２０Ｂは、吸引方向または押圧方向に対して垂直な方向（以下では、ピン挿入方向とも呼ぶ）に貫通する貫通孔１２２を有する。
【００４１】
オリフィス孔１２０Ｃは、中空部１２７から押圧方向に伸びて形成される貫通孔であり、主弁ＭＢが閉弁状態の時には、連通流路１１０Ａと連通する。
【００４２】
パイロット弁シート部１２０Ａは、ゴム、または、樹脂で形成され、オリフィス孔１２０Ｃと中空部１２７との接続部であって、オリフィス孔１２０Ｃの外周縁に沿って配置される。
【００４３】
パイロット弁体１５０は、中空部１２７に配置され、ピン挿入方向に貫通する貫通孔１５５を有する。
【００４４】
スプリング１５７は、プランジャ１８０とパイロット弁体１５０とに固定され、パイロット弁体１５０を押圧方向に押圧する。
【００４５】
パイロットピン１４０は、貫通孔１２２および貫通孔１５５の断面より小さい断面形状であり、貫通孔１２２および貫通孔１５５に挿入されて配置されると共に、中空部形成部１８２に固定されている。
【００４６】
図２に示すように、貫通孔１２２の内側面において、パイロットピン１４０から押圧方向に最も離れた部分を押圧側内側面１２２Ａとも呼び、パイロットピン１４０から吸引方向に最も離れた部分を吸引側内側面１２２Ｂとも呼ぶ。貫通孔１５５の内側面において、パイロットピン１４０から押圧方向に最も離れた部分を押圧側内側面１５５Ａとも呼び、パイロットピン１４０から吸引方向に最も離れた部分を吸引側内側面１５５Ｂとも呼ぶ。
【００４７】
スプリング１７０は、スプリング１５７よりも弾性力が強いものが用いられる。このようにすれば、ソレノイド１６０の消磁時において、主弁体１２０が主弁シート部１０５に密着した状態でしっかり嵌合し、水素が水素供給流路２０４に漏洩することを抑制することができる。
【００４８】
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。この場合、パイロット弁体１５０は、スプリング１５７による押圧力で押されて、パイロット弁シート部１２０Ａと嵌合している。押圧側内側面１５５Ａとパイロットピン１４０との距離（以下、第１距離Ｌ１と呼ぶ）は、押圧側内側面１２２Ａとパイロットピン１４０との距離（以下、第２距離Ｌ２と呼ぶ）より長くなっている。また、吸引側内側面１５５Ｂとパイロットピン１４０との距離（以下、第３距離Ｌ３と呼ぶ）は、吸引側内側面１２２Ｂとパイロットピン１４０との距離（以下、第４距離Ｌ４と呼ぶ）より短くなっている。
【００４９】
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（中空部１２７および中空部１８１を含む）には、貯蔵空間３３３の水素が充填されている。従って、タンク連通空間１１１の圧力および貯蔵空間３３３の圧力は、ほぼ同じである。
【００５０】
ソレノイド１６０の励磁が開始されると、プランジャ１８０は、吸引方向に移動する。それに伴い、パイロットピン１４０は、吸引方向に移動する。第４距離Ｌ４より第３距離Ｌ３の方が短いので、パイロットピン１４０は、貫通孔１２２よりも先に、貫通孔１５５の吸引側内側面１５５Ｂにぶつかり、パイロット弁体１５０を押圧し、パイロット弁体１５０を吸引方向に移動させる。その結果、図３に示すように、パイロット弁ＰＢは、パイロット弁体１５０がパイロット弁シート部１２０Ａから離間し、開弁する。パイロットピン１４０（プランジャ１８０）は、パイロット弁体１５０を吸引方向に移動させつつ、吸引側内側面１２２Ｂにぶつかって停止する。
【００５１】
パイロット弁ＰＢが開弁すると、中空部１２７の水素が、オリフィス孔１２０Ｃを介して、連通流路１１０Ａに流入する。
【００５２】
図４に示すように、プランジャ１８０は、連通流路１１０Ａとタンク連通空間１１１との差圧が小さくなると、さらに、吸引方向に移動する。これに伴い、パイロットピン１４０および主弁体１２０も吸引方向に移動する。その結果、図４に示すように、主弁ＭＢは、主弁体１２０が主弁シート部１０５から離間し、開弁する。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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、移動する。以下では、この押圧力を水素押圧力とも呼ぶ。主弁体１２０が吸引方向に移動すると、第２距離Ｌ２より第１距離Ｌ１の方が長いので、ガイド部１２０Ｂの押圧側内側面１２２Ａが、パイロットピン１４０にぶつかる。その結果、主弁体１２０、パイロットピン１４０、および、プランジャ１８０が一体となって、吸引方向に移動する。この際、パイロット弁シート部１２０Ａは、パイロットピン１４０と接触せず、スプリング１５７からの押圧力のみを受けている。
【００５５】
図６は、比較例としてのパイロット式電磁弁１００Ａにおける消磁（主弁閉弁）時の状態を示す図である。図７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１００Ａの状態を示す図である。比較例のパイロット式電磁弁１００Ａは、図６に示すように、パイロット弁体１５０、パイロットピン１４０、および、プランジャ１８０とが一体に形成されており、スプリング１５７が設けられていない。なお、パイロット式電磁弁１００Ａおいて、本実施例のパイロット式電磁弁１００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。
【００５６】
比較例のパイロット式電磁弁１００Ａ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１２０は、連通流路１１０Ａに流入した水素によって、吸引方向に水素押圧力で押圧され、移動する。パイロット弁体１５０は、主弁体１２０の移動に伴い、主弁体１２０から水素押圧力で吸引方向に押圧される。パイロット弁体１５０、パイロットピン１４０、および、プランジャ１８０は一体に形成されているので、主弁体１２０の移動に伴い、パイロット弁体１５０、パイロットピン１４０、および、プランジャ１８０も吸引方向に共に移動する。
【００５７】
ところで、比較例のパイロット式電磁弁１００Ａでは、水素タンク３００に水素を充填する場合、主弁体１２０が水素押圧力でパイロット弁体１５０を押圧するので、パイロット弁シート部１２０Ａは、反作用として、パイロット弁体１５０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１２０Ａ内で過度の応力が生じ、パイロット弁シート部１２０Ａが劣化する等の不具合が生じるおそれがあった。
【００５８】
一方、本実施例のパイロット式電磁弁１００では、水素タンク３００に水素を充填する場合において、第２距離Ｌ２より第１距離Ｌ１の方が長く、パイロット弁シート部１２０Ａは、パイロットピン１４０と接触しにくいので、主弁体１２０が受ける水素押圧力は、パイロット弁体１５０に伝達されにくい。従って、パイロット弁シート部１２０Ａが、水素押圧力を受けることを抑制することができ、パイロット弁シート部１２０Ａが劣化することを抑制することができる。
【００５９】
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、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、プランジャ１８０は、特許請求の範囲におけるプランジャに該当し、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、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、スプリング１５７は、特許請求の範囲における第２弾性体に該当し、主弁シート部１０５は、特許請求の範囲における主弁シート部に該当し、主弁体１２０は、特許請求の範囲における主弁体に該当し、ガイド部１２０Ｂは、特許請求の範囲におけるガイド部に該当し、パイロット弁シート部１２０Ａ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、パイロットピン１４０は、特許請求の範囲におけるパイロットピンに該当し、貫通孔１５５は、特許請求の範囲における第１貫通孔に該当し、押圧側内側面１５５Ａは、特許請求の範囲における第１部分に該当し、吸引側内側面１５５Ｂは、特許請求の範囲における第２部分に該当し、貫通孔１２２は、特許請求の範囲における第２貫通孔に該当し、押圧側内側面１２２Ａは、特許請求の範囲における第３部分に該当し、吸引側内側面１２２Ｂは、特許請求の範囲における第４部分に該当し、第１距離Ｌ１は、特許請求の範囲における第１距離に該当し、第２距離Ｌ２は、特許請求の範囲における第２距離に該当し、第３距離Ｌ３は、特許請求の範囲における第３距離に該当し、第４距離Ｌ４は、特許請求の範囲における第４距離に該当し、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、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する。
【００６０】
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。
【００６１】
Ｂ１．変形例１：
上記実施例のパイロット式電磁弁１００は、水素タンク３００に取り付けられているが、本発明はこれに限られるものではない。パイロット式電磁弁１００は、例えば、所定の配管等、他の装置に取り付けるようにしてもよい。
【００６２】
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の励磁に対応して、プランジャ１８０が吸引方向に移動した場合において、パイロットピン１４０は、主弁体１２０よりも先にパイロット弁体１５０を押圧するように構成されているが、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は、第３距離Ｌ３と第４距離Ｌ４とを同程度とし、ソレノイド１６０の励磁に対応して、プランジャ１８０が吸引方向に移動した場合において、パイロットピン１４０が、主弁体１２０およびパイロット弁体１５０とを押圧するように構成してもよい。このようにしても、パイロット弁ＰＢを開弁することができる。
【００６３】
Ｂ３．変形例３：
上記実施例のパイロット式電磁弁１００は、水素充填時に、主弁体１２０が水素押圧力を受けて、吸引方向に移動した場合において、パイロットピン１４０は、パイロット弁体１５０よりも先に主弁体１２０を押圧するように構成されているが、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は、第１距離Ｌ１と第２距離Ｌ２とを同程度とし、水素充填時に、主弁体１２０が水素押圧力を受けて、吸引方向に移動した場合において、パイロットピン１４０が、パイロット弁体１５０および主弁体１２０とを押圧するように構成してもよい。このようにしても、パイロット弁シート部１２０Ａが、水素押圧力を受けることを抑制することができ、パイロット弁シート部１２０Ａが劣化することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【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の励磁開始（パイロット弁開弁）時における状態を示す図である。
【図４】パイロット式電磁弁１００の励磁時（主弁開弁）時における状態を示す図である。
【図５】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（消磁状態で主弁開弁状態）を示す図である。
【図６】比較例としてのパイロット式電磁弁１００Ａにおける消磁（主弁閉弁）時の状態を示す図である。
【図７】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１００Ａの状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１００…パイロット式電磁弁
１００Ａ…パイロット式電磁弁
１０５…主弁シート部
１１０…ハウジング
１１０Ａ…連通流路
１１０Ｂ…貫通孔
１１１…タンク連通空間
１２０…主弁体
１２０Ａ…パイロット弁シート部
１２０Ｂ…ガイド部
１２０Ｃ…オリフィス孔
１２２…貫通孔
１２２Ａ…押圧側内側面
１２２Ｂ…吸引側内側面
１２７…中空部
１４０…パイロットピン
１５０…パイロット弁
１５５…貫通孔
１５５内側面…貫通孔
１５５Ａ…押圧側内側面
１５５Ｂ…吸引側内側面
１５７…スプリング
１６０…ソレノイド
１７０…スプリング
１８０…プランジャ
１８１…中空部
１８２…中空部形成部
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
Ｌ１…第１距離
Ｌ２…第２距離
Ｌ３…第３距離
Ｌ４…第４距離
ＭＢ…主弁
ＰＢ…パイロット弁
ＦＣ…燃料電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイロット式電磁弁、または、パイロット式電磁弁を取り付けた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧な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、プランジャにパイロットピンが固定され、パイロットピンにパイロット弁体が固定される。プランジャは、弾性体であるスプリングによって、所定方向（以下では、押圧方向とも呼ぶ）に押圧される。ソレノイドの消磁時において、パイロット弁体は、プランジャが弾性体であるスプリングから受ける押圧力によって、パイロット弁シート部と嵌合している。
【０００３】
タンクに流体を充填する場合には、流体は、タンク外部からパイロット式電磁弁を介してタンク内に充填される。
【０００４】
【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】
【０００５】
しかしながら、上記パイロット式電磁弁において、タンクに流体を充填する場合には、流体による押圧力（以下では、流体押圧力とも呼ぶ）で、主弁体を押圧方向とは反対方向に移動させることにより行うため、パイロット弁シート部は、反作用として、パイロット弁体から流体押圧力に相当する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が劣化する等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る得る問題である。
【０００６】
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において、パイロット弁シート部の劣化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】
【０００７】
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。
【０００８】
[適用例１]
パイロット式電磁弁であって、プランジャと、励磁時に前記プランジャを吸引するソレノイドと、前記ソレノイドが前記プランジャを吸引する吸引方向とは反対の方向に、前記プランジャを押圧する第１弾性体と、前記第１弾性体が前記プランジャを押圧する押圧方向および前記吸引方向に略垂直な垂直方向に貫通する第１貫通孔を有するパイロット弁体と、主弁シート部と、前記主弁シート部と前記プランジャとの間に配置され、前記主弁体と嵌合する主弁体であって、前記第３方向に貫通する第２貫通孔と、前記パイロット弁体が挿入される中空部とを有し、前記パイロット弁体を、前記吸引方向、または、前記押圧方向に導くガイド部と、パイロット弁シート部と、を備える主弁体と、前記プランジャに取り付けられ、前記パイロット弁体を前記押圧方向に押圧し、前記ソレノイドの消磁時において、前記パイロット弁体と前記パイロット弁シート部とを嵌合させる第２弾性体と、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔の断面より小さい断面形状であり、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔に挿入されると共に、前記プランジャに固定されるパイロットピンと、を備え、前記ソレノイドの励磁に対応して、前記プランジャが前記吸引方向に移動した場合において、前記パイロットピンは、前記主弁体よりも先に、若しくは、前記主弁体と共に、前記パイロット弁体を押圧し、前記ソレノイドの消磁時に、前記主弁体が所定の力を受けて、前記吸引方向に移動した場合において、前記パイロットピンは、前記パイロット弁体よりも先に、若しくは、前記パイロット弁体と共に、前記主弁体を押圧することを要旨とする。
【０００９】
上記構成のパイロット式電磁弁によれば、パイロット弁シート部の劣化を抑制することができる。
【００１０】
[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、前記ソレノイドの消磁時において、前記第１貫通孔の内側面における前記パイロットピンから前記押圧方向に最も離れた第１部分と前記パイロットピンとの第１距離は、前記第２貫通孔の内側面における前記パイロットピンから前記押圧方向に最も離れた第２部分と前記パイロットピンとの第２距離より長いと共に、前記ソレノイドの消磁時において、前記第１貫通孔の内側面における前記パイロットピンから前記吸引方向に最も離れた第３部分と前記パイロットピンとの第３距離は、前記第２貫通孔の内側面における前記パイロットピンから前記吸引方向に最も離れた第４部分と前記パイロットピンとの第４距離より短い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、パイロット弁シート部の劣化を抑制することができる。
【００１１】
[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、前記パイロット弁シート部は、樹脂またはゴムで形成されていることを特徴とするパイロット式電磁弁。
【００１２】
このようにすれば、パイロット弁シート部とパイロット弁体とを密着した状態でしっかり嵌合させることができる。
【００１３】
[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、前記ソレノイドの消磁時において、前記第２部分は、前記パイロットピンと非接触であり、前記パイロット弁シート部において、前記パイロット弁体から受ける押圧力は、前記第２弾性体による押圧力とほぼ等しい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、パイロット弁シート部の劣化を抑制することができる。
【００１４】
[適用例５]
適用例１ないし適用例４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弾性体は、前記第２弾性体より弾性力が強い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、パイロット式電磁弁の消磁時において、主弁体が主弁シート部に密着した状態でしっかり嵌合し、流体が漏洩することを抑制することができる。
【００１６】
[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、前記パイロット式電磁弁は、ガスタンクに取り付けられることを特徴とするパイロット式電磁弁。
【００１７】
[適用例７]
燃料電池を備える燃料電池システムであって、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を備え、適用例１ないし適用例６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。
【００１８】
上記構成の燃料電池システムによれば、パイロット式電磁弁におけるパイロット弁シート部の劣化を抑制することができる。
【００１９】
なお、本発明は、上記したパイロット式電磁弁や燃料電池システムの他、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や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】
【００２０】
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．装置全体の説明：
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
Ａ２．パイロット式電磁弁の説明：
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の励磁開始（パイロット弁開弁）時における状態を示す図である。図４は、パイロット式電磁弁１００の励磁時（主弁開弁）時における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（消磁状態で主弁開弁状態）を示す図である。
【００３２】
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、パイロットピン１４０と、スプリング１５７と、ソレノイド１６０と、スプリング１７０と、プランジャ１８０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、プランジャ１８０と、主弁ＭＢと、パイロット弁ＰＢと、パイロットピン１４０と、スプリング１５７と、スプリング１７０と、をハウジング１１０内に組み込むと共に、ハウジング１１０の外壁にソレノイド１６０が配置されて形成される。
【００３３】
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、を備え、内部にタンク連通空間１１１を形成する。タンク連通空間１１１は、貫通孔１１０Ｂを介して、水素タンク３００の貯蔵空間３３３と連通する。
【００３４】
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。
【００３５】
プランジャ１８０は、磁性体であり、中空部１８１を形成する中空部形成部１８２を備える。プランジャ１８０は、ソレノイド１６０の励磁に応じて、移動する。以下では、ソレノイド１６０の励磁に応じて、プランジャ１８０が移動する方向を、吸引方向とも呼ぶ。
【００３６】
スプリング１７０は、プランジャ１８０を、吸引方向とは反対方向に押圧する。以下では、吸引方向とは反対方向を押圧方向とも呼ぶ。
【００３７】
主弁ＭＢは、主弁シート部１０５と、主弁体１２０と、から構成され、主弁体１２０が主弁シート部１０５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１２０Ａ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１２０Ａ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。
【００３８】
主弁シート部１０５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１１１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。
【００３９】
主弁体１２０は、パイロット弁シート部１２０Ａと、ガイド部１２０Ｂと、オリフィス孔１２０Ｃと、を備える。主弁体１２０は、主弁シート部１０５とプランジャ１８０との間であって、ガイド部１２０Ｂの一部が、プランジャ１８０の中空部１８１内に配置される。
【００４０】
ガイド部１２０Ｂは、中空部１２７を形成する。ガイド部１２０Ｂは、吸引方向または押圧方向に対して垂直な方向（以下では、ピン挿入方向とも呼ぶ）に貫通する貫通孔１２２を有する。
【００４１】
オリフィス孔１２０Ｃは、中空部１２７から押圧方向に伸びて形成される貫通孔であり、主弁ＭＢが閉弁状態の時には、連通流路１１０Ａと連通する。
【００４２】
パイロット弁シート部１２０Ａは、ゴム、または、樹脂で形成され、オリフィス孔１２０Ｃと中空部１２７との接続部であって、オリフィス孔１２０Ｃの外周縁に沿って配置される。
【００４３】
パイロット弁体１５０は、中空部１２７に配置され、ピン挿入方向に貫通する貫通孔１５５を有する。
【００４４】
スプリング１５７は、プランジャ１８０とパイロット弁体１５０とに固定され、パイロット弁体１５０を押圧方向に押圧する。
【００４５】
パイロットピン１４０は、貫通孔１２２および貫通孔１５５の断面より小さい断面形状であり、貫通孔１２２および貫通孔１５５に挿入されて配置されると共に、中空部形成部１８２に固定されている。
【００４６】
図２に示すように、貫通孔１２２の内側面において、パイロットピン１４０から押圧方向に最も離れた部分を押圧側内側面１２２Ａとも呼び、パイロットピン１４０から吸引方向に最も離れた部分を吸引側内側面１２２Ｂとも呼ぶ。貫通孔１５５の内側面において、パイロットピン１４０から押圧方向に最も離れた部分を押圧側内側面１５５Ａとも呼び、パイロットピン１４０から吸引方向に最も離れた部分を吸引側内側面１５５Ｂとも呼ぶ。
【００４７】
スプリング１７０は、スプリング１５７よりも弾性力が強いものが用いられる。このようにすれば、ソレノイド１６０の消磁時において、主弁体１２０が主弁シート部１０５に密着した状態でしっかり嵌合し、水素が水素供給流路２０４に漏洩することを抑制することができる。
【００４８】
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。この場合、パイロット弁体１５０は、スプリング１５７による押圧力で押されて、パイロット弁シート部１２０Ａと嵌合している。押圧側内側面１５５Ａとパイロットピン１４０との距離（以下、第１距離Ｌ１と呼ぶ）は、押圧側内側面１２２Ａとパイロットピン１４０との距離（以下、第２距離Ｌ２と呼ぶ）より長くなっている。また、吸引側内側面１５５Ｂとパイロットピン１４０との距離（以下、第３距離Ｌ３と呼ぶ）は、吸引側内側面１２２Ｂとパイロットピン１４０との距離（以下、第４距離Ｌ４と呼ぶ）より短くなっている。
【００４９】
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（中空部１２７および中空部１８１を含む）には、貯蔵空間３３３の水素が充填されている。従って、タンク連通空間１１１の圧力および貯蔵空間３３３の圧力は、ほぼ同じである。
【００５０】
ソレノイド１６０の励磁が開始されると、プランジャ１８０は、吸引方向に移動する。それに伴い、パイロットピン１４０は、吸引方向に移動する。第４距離Ｌ４より第３距離Ｌ３の方が短いので、パイロットピン１４０は、貫通孔１２２よりも先に、貫通孔１５５の吸引側内側面１５５Ｂにぶつかり、パイロット弁体１５０を押圧し、パイロット弁体１５０を吸引方向に移動させる。その結果、図３に示すように、パイロット弁ＰＢは、パイロット弁体１５０がパイロット弁シート部１２０Ａから離間し、開弁する。パイロットピン１４０（プランジャ１８０）は、パイロット弁体１５０を吸引方向に移動させつつ、吸引側内側面１２２Ｂにぶつかって停止する。
【００５１】
パイロット弁ＰＢが開弁すると、中空部１２７の水素が、オリフィス孔１２０Ｃを介して、連通流路１１０Ａに流入する。
【００５２】
図４に示すように、プランジャ１８０は、連通流路１１０Ａとタンク連通空間１１１との差圧が小さくなると、さらに、吸引方向に移動する。これに伴い、パイロットピン１４０および主弁体１２０も吸引方向に移動する。その結果、図４に示すように、主弁ＭＢは、主弁体１２０が主弁シート部１０５から離間し、開弁する。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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、移動する。以下では、この押圧力を水素押圧力とも呼ぶ。主弁体１２０が吸引方向に移動すると、第２距離Ｌ２より第１距離Ｌ１の方が長いので、ガイド部１２０Ｂの押圧側内側面１２２Ａが、パイロットピン１４０にぶつかる。その結果、主弁体１２０、パイロットピン１４０、および、プランジャ１８０が一体となって、吸引方向に移動する。この際、パイロット弁シート部１２０Ａは、パイロットピン１４０と接触せず、スプリング１５７からの押圧力のみを受けている。
【００５５】
図６は、比較例としてのパイロット式電磁弁１００Ａにおける消磁（主弁閉弁）時の状態を示す図である。図７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１００Ａの状態を示す図である。比較例のパイロット式電磁弁１００Ａは、図６に示すように、パイロット弁体１５０、パイロットピン１４０、および、プランジャ１８０とが一体に形成されており、スプリング１５７が設けられていない。なお、パイロット式電磁弁１００Ａおいて、本実施例のパイロット式電磁弁１００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。
【００５６】
比較例のパイロット式電磁弁１００Ａ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１２０は、連通流路１１０Ａに流入した水素によって、吸引方向に水素押圧力で押圧され、移動する。パイロット弁体１５０は、主弁体１２０の移動に伴い、主弁体１２０から水素押圧力で吸引方向に押圧される。パイロット弁体１５０、パイロットピン１４０、および、プランジャ１８０は一体に形成されているので、主弁体１２０の移動に伴い、パイロット弁体１５０、パイロットピン１４０、および、プランジャ１８０も吸引方向に共に移動する。
【００５７】
ところで、比較例のパイロット式電磁弁１００Ａでは、水素タンク３００に水素を充填する場合、主弁体１２０が水素押圧力でパイロット弁体１５０を押圧するので、パイロット弁シート部１２０Ａは、反作用として、パイロット弁体１５０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１２０Ａ内で過度の応力が生じ、パイロット弁シート部１２０Ａが劣化する等の不具合が生じるおそれがあった。
【００５８】
一方、本実施例のパイロット式電磁弁１００では、水素タンク３００に水素を充填する場合において、第２距離Ｌ２より第１距離Ｌ１の方が長く、パイロット弁シート部１２０Ａは、パイロットピン１４０と接触しにくいので、主弁体１２０が受ける水素押圧力は、パイロット弁体１５０に伝達されにくい。従って、パイロット弁シート部１２０Ａが、水素押圧力を受けることを抑制することができ、パイロット弁シート部１２０Ａが劣化することを抑制することができる。
【００５９】
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、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、プランジャ１８０は、特許請求の範囲におけるプランジャに該当し、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、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、スプリング１５７は、特許請求の範囲における第２弾性体に該当し、主弁シート部１０５は、特許請求の範囲における主弁シート部に該当し、主弁体１２０は、特許請求の範囲における主弁体に該当し、ガイド部１２０Ｂは、特許請求の範囲におけるガイド部に該当し、パイロット弁シート部１２０Ａ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、パイロットピン１４０は、特許請求の範囲におけるパイロットピンに該当し、貫通孔１５５は、特許請求の範囲における第１貫通孔に該当し、押圧側内側面１５５Ａは、特許請求の範囲における第１部分に該当し、吸引側内側面１５５Ｂは、特許請求の範囲における第２部分に該当し、貫通孔１２２は、特許請求の範囲における第２貫通孔に該当し、押圧側内側面１２２Ａは、特許請求の範囲における第３部分に該当し、吸引側内側面１２２Ｂは、特許請求の範囲における第４部分に該当し、第１距離Ｌ１は、特許請求の範囲における第１距離に該当し、第２距離Ｌ２は、特許請求の範囲における第２距離に該当し、第３距離Ｌ３は、特許請求の範囲における第３距離に該当し、第４距離Ｌ４は、特許請求の範囲における第４距離に該当し、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、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する。
【００６０】
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。
【００６１】
Ｂ１．変形例１：
上記実施例のパイロット式電磁弁１００は、水素タンク３００に取り付けられているが、本発明はこれに限られるものではない。パイロット式電磁弁１００は、例えば、所定の配管等、他の装置に取り付けるようにしてもよい。
【００６２】
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の励磁に対応して、プランジャ１８０が吸引方向に移動した場合において、パイロットピン１４０は、主弁体１２０よりも先にパイロット弁体１５０を押圧するように構成されているが、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は、第３距離Ｌ３と第４距離Ｌ４とを同程度とし、ソレノイド１６０の励磁に対応して、プランジャ１８０が吸引方向に移動した場合において、パイロットピン１４０が、主弁体１２０およびパイロット弁体１５０とを押圧するように構成してもよい。このようにしても、パイロット弁ＰＢを開弁することができる。
【００６３】
Ｂ３．変形例３：
上記実施例のパイロット式電磁弁１００は、水素充填時に、主弁体１２０が水素押圧力を受けて、吸引方向に移動した場合において、パイロットピン１４０は、パイロット弁体１５０よりも先に主弁体１２０を押圧するように構成されているが、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は、第１距離Ｌ１と第２距離Ｌ２とを同程度とし、水素充填時に、主弁体１２０が水素押圧力を受けて、吸引方向に移動した場合において、パイロットピン１４０が、パイロット弁体１５０および主弁体１２０とを押圧するように構成してもよい。このようにしても、パイロット弁シート部１２０Ａが、水素押圧力を受けることを抑制することができ、パイロット弁シート部１２０Ａが劣化することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【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の励磁開始（パイロット弁開弁）時における状態を示す図である。
【図４】パイロット式電磁弁１００の励磁時（主弁開弁）時における状態を示す図である。
【図５】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（消磁状態で主弁開弁状態）を示す図である。
【図６】比較例としてのパイロット式電磁弁１００Ａにおける消磁（主弁閉弁）時の状態を示す図である。
【図７】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１００Ａの状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１００…パイロット式電磁弁
１００Ａ…パイロット式電磁弁
１０５…主弁シート部
１１０…ハウジング
１１０Ａ…連通流路
１１０Ｂ…貫通孔
１１１…タンク連通空間
１２０…主弁体
１２０Ａ…パイロット弁シート部
１２０Ｂ…ガイド部
１２０Ｃ…オリフィス孔
１２２…貫通孔
１２２Ａ…押圧側内側面
１２２Ｂ…吸引側内側面
１２７…中空部
１４０…パイロットピン
１５０…パイロット弁
１５５…貫通孔
１５５内側面…貫通孔
１５５Ａ…押圧側内側面
１５５Ｂ…吸引側内側面
１５７…スプリング
１６０…ソレノイド
１７０…スプリング
１８０…プランジャ
１８１…中空部
１８２…中空部形成部
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
Ｌ１…第１距離
Ｌ２…第２距離
Ｌ３…第３距離
Ｌ４…第４距離
ＭＢ…主弁
ＰＢ…パイロット弁
ＦＣ…燃料電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイロット式電磁弁であって、
プランジャと、
励磁時に前記プランジャを吸引するソレノイドと、
前記ソレノイドが前記プランジャを吸引する吸引方向とは反対の方向に、前記プランジャを押圧する第１弾性体と、
前記第１弾性体が前記プランジャを押圧する押圧方向および前記吸引方向に略垂直な垂直方向に貫通する第１貫通孔を有するパイロット弁体と、
主弁シート部と、
前記主弁シート部と前記プランジャとの間に配置され、前記主弁体と嵌合する主弁体であって、前記第３方向に貫通する第２貫通孔と、前記パイロット弁体が挿入される中空部とを有し、前記パイロット弁体を、前記吸引方向、または、前記押圧方向に導くガイド部と、パイロット弁シート部と、を備える主弁体と、
前記プランジャに取り付けられ、前記パイロット弁体を前記押圧方向に押圧し、前記ソレノイドの消磁時において、前記パイロット弁体と前記パイロット弁シート部とを嵌合させる第２弾性体と、
前記第１貫通孔および前記第２貫通孔の断面より小さい断面形状であり、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔に挿入されると共に、前記プランジャに固定されるパイロットピンと、を備え、
前記ソレノイドの励磁に対応して、前記プランジャが前記吸引方向に移動した場合において、前記パイロットピンは、前記主弁体よりも先に、若しくは、前記主弁体と共に、前記パイロット弁体を押圧し、前記ソレノイドの消磁時に、前記主弁体が所定の力を受けて、前記吸引方向に移動した場合において、前記パイロットピンは、前記パイロット弁体よりも先に、若しくは、前記パイロット弁体と共に、前記主弁体を押圧す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、
前記ソレノイドの消磁時において、前記第１貫通孔の内側面における前記パイロットピンから前記押圧方向に最も離れた第１部分と前記パイロットピンとの第１距離は、前記第２貫通孔の内側面における前記パイロットピンから前記押圧方向に最も離れた第２部分と前記パイロットピンとの第２距離より長いと共に、
前記ソレノイドの消磁時において、前記第１貫通孔の内側面における前記パイロットピンから前記吸引方向に最も離れた第３部分と前記パイロットピンとの第３距離は、前記第２貫通孔の内側面における前記パイロットピンから前記吸引方向に最も離れた第４部分と前記パイロットピンとの第４距離より短いことを特徴とするパイロット式電磁弁。
【請求項３】
請求項１または請求項２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、樹脂またはゴムで形成されてい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、
前記ソレノイドの消磁時において、前記第２部分は、前記パイロットピンと非接触であり、前記パイロット弁シート部において、前記パイロット弁体から受ける押圧力は、前記第２弾性体による押圧力とほぼ等しいことを特徴とするパイロット式電磁弁。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４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弾性体は、前記第２弾性体より弾性力が強い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、
前記パイロット式電磁弁は、ガスタンクに取り付けられることを特徴とするパイロット式電磁弁。
【請求項７】
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
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を備え、
請求項１ないし請求項６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１】
パイロット式電磁弁であって、
プランジャと、
励磁時に前記プランジャを吸引するソレノイドと、
前記ソレノイドが前記プランジャを吸引する吸引方向とは反対の方向に、前記プランジャを押圧する第１弾性体と、
前記第１弾性体が前記プランジャを押圧する押圧方向および前記吸引方向に略垂直な垂直方向に貫通する第１貫通孔を有するパイロット弁体と、
主弁シート部と、
前記主弁シート部と前記プランジャとの間に配置され、前記主弁体と嵌合する主弁体であって、前記第３方向に貫通する第２貫通孔と、前記パイロット弁体が挿入される中空部とを有し、前記パイロット弁体を、前記吸引方向、または、前記押圧方向に導くガイド部と、パイロット弁シート部と、を備える主弁体と、
前記プランジャに取り付けられ、前記パイロット弁体を前記押圧方向に押圧し、前記ソレノイドの消磁時において、前記パイロット弁体と前記パイロット弁シート部とを嵌合させる第２弾性体と、
前記第１貫通孔および前記第２貫通孔の断面より小さい断面形状であり、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔に挿入されると共に、前記プランジャに固定されるパイロットピンと、を備え、
前記ソレノイドの励磁に対応して、前記プランジャが前記吸引方向に移動した場合において、前記パイロットピンは、前記主弁体よりも先に、若しくは、前記主弁体と共に、前記パイロット弁体を押圧し、前記ソレノイドの消磁時に、前記主弁体が所定の力を受けて、前記吸引方向に移動した場合において、前記パイロットピンは、前記パイロット弁体よりも先に、若しくは、前記パイロット弁体と共に、前記主弁体を押圧す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、
前記ソレノイドの消磁時において、前記第１貫通孔の内側面における前記パイロットピンから前記押圧方向に最も離れた第１部分と前記パイロットピンとの第１距離は、前記第２貫通孔の内側面における前記パイロットピンから前記押圧方向に最も離れた第２部分と前記パイロットピンとの第２距離より長いと共に、
前記ソレノイドの消磁時において、前記第１貫通孔の内側面における前記パイロットピンから前記吸引方向に最も離れた第３部分と前記パイロットピンとの第３距離は、前記第２貫通孔の内側面における前記パイロットピンから前記吸引方向に最も離れた第４部分と前記パイロットピンとの第４距離より短いことを特徴とするパイロット式電磁弁。
【請求項３】
請求項１または請求項２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、樹脂またはゴムで形成されてい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、
前記ソレノイドの消磁時において、前記第２部分は、前記パイロットピンと非接触であり、前記パイロット弁シート部において、前記パイロット弁体から受ける押圧力は、前記第２弾性体による押圧力とほぼ等しいことを特徴とするパイロット式電磁弁。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４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弾性体は、前記第２弾性体より弾性力が強い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、
前記パイロット式電磁弁は、ガスタンクに取り付けられることを特徴とするパイロット式電磁弁。
【請求項７】
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
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を備え、
請求項１ないし請求項６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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２１０１２０（Ｐ２００９−２１０１２０Ａ）
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５６８１４（Ｐ２００８−５６８１４）
【出願日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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