排気排水弁
【課題】低温環境下においても、内部の流路が凍結により閉塞されることが抑制できる排気排水弁を提供する。
【解決手段】流入流路には、弁口側に向かって徐々に内径が小さくなる内径徐変部８５ｖが形成され、内径徐変部８５ｖとオリフィス孔８５ｆとの間には、オリフィス孔８５ｆの形成方向と直交する方向に延在し周方向に連続する環状の面である段差面８５ｐが形成されている。これにより、流入流路が水平となるように排気排水弁を配設すると、内径徐変部８５ｖの天井部８５ｗに残留した水滴９９９は、その自重により内径徐変部８５ｖの天井部８５ｗを伝って段差面８５ｐに流れ、段差面８５ｐを伝って下方に流れ落ち、水滴９９９の、オリフィス孔８５ｆ内への侵入が抑制され、低温環境下において、オリフィス孔８５ｆ内の水分の凍結に起因する閉塞が抑制される。
【解決手段】流入流路には、弁口側に向かって徐々に内径が小さくなる内径徐変部８５ｖが形成され、内径徐変部８５ｖとオリフィス孔８５ｆとの間には、オリフィス孔８５ｆの形成方向と直交する方向に延在し周方向に連続する環状の面である段差面８５ｐが形成されている。これにより、流入流路が水平となるように排気排水弁を配設すると、内径徐変部８５ｖの天井部８５ｗに残留した水滴９９９は、その自重により内径徐変部８５ｖの天井部８５ｗを伝って段差面８５ｐに流れ、段差面８５ｐを伝って下方に流れ落ち、水滴９９９の、オリフィス孔８５ｆ内への侵入が抑制され、低温環境下において、オリフィス孔８５ｆ内の水分の凍結に起因する閉塞が抑制される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池によって生成される水を燃料ガスとともに排出するための排気排水弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、固体高分子膜等の電解質膜を挟んでアノードとカソードが配置された構造を有し、アノードに水素を含む燃料ガスが接触し、カソードに空気などのガスを含む酸化ガスが接触することにより両電極で電気化学反応が起こり、起電力が発生する仕組みとなっている。このような燃料電池によって電力を得る燃料電池システムでは、燃料である水素の無駄な消費を無くすことが省エネルギの観点より重要である。このため、燃料電池で使用された燃料ガスのオフガスを再び燃料電池に循環させる燃料ガス循環流路を燃料電池に設けることで、オフガスを再び循環流路によって燃料電池に循環させ、オフガスに残存している水素の有効利用が図られている。
【０００３】
一方、燃料電池内では、カソードにおける化学反応により、アノード側から電解質膜を透過してきた水素イオンと酸化ガス中の酸素との反応により水が生成される。反応により生成された水の多くは酸化ガスのオフガスに含まれて大気中に放出されるが、一部の生成水は、電解質膜を通過してアノードに移動する。アノード側に移動した生成水は、燃料ガスのオフガスに含まれて燃料電池内から排出されるが、オフガスは再び燃料ガスとして燃料電池に循環されるため、燃料ガスの循環系には水が滞留していくことになる。循環系内での水の滞留は、アノードへの水素の供給が阻害されることとなり、燃料電池の発電能力の低下を招く。
【０００４】
そこで、燃料ガス循環流路に、特許文献１や特許文献２に示されるような排気排水弁を設け、所定時間毎に排気排水弁を開放させることにより、アノードに溜まった水を排出して、燃料電池の発電能力を回復させることが行われている。
【０００５】
ところで、燃料電池は氷点下以下の低温環境で使用される場合もある。このため、低温環境下においては、排気排水弁の内部に滞留した水分が凍結するおそれがあることから、排気排水弁には耐凍結性能が求められる。
【０００６】
特許文献１に示される排気排水弁では、弁体の移動方向を鉛直方向とするとともに、この弁体によって閉塞される流路の向きもまた鉛直方向とし、更に、入口側流路にあるオリフィス位置を、弁体が着座する弁座の位置よりも低くしている。このため、弁体、弁座部分、及び、弁体によって閉塞される流路に、水分を滞留させない構造とし、排気排水弁の耐凍結性能を向上させている。
【０００７】
また、特許文献２に示される排気排水弁では、弁体の移動方向を鉛直方向とするとともに、この弁体によって閉塞される流路の向きもまた鉛直方向とし、更に、弁体の頂部を、この弁体と当接する上壁に対して弾性的に当接可能な湾曲凸状の弾性部材で構成することにより、弁体によって閉塞される流路及び弁体の頂部に水分を滞留させない構造としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２６４４４２号公報（図２）
【特許文献２】特開２００９−２９９７７０号公報（図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１や特許文献２に示される排気排水弁は、弁体の移動方向や弁体によって閉塞される流路の方向が鉛直方向となるように配置されるが、排気排水弁の配置条件の制約により、流路の方向が水平方向又は略水平方向となるように、排気排水弁を配置した場合には、流路内に水分が滞留しやすく、氷点下となった場合には流路内の水が凍結してしまい、流路が閉塞されてしまう。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低温環境下においても、内部の流路が凍結により閉塞されることが抑制できる排気排水弁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】
【００１１】
上述した課題を解決するためになされた、請求項１に係る発明によると、燃料電池から排出される水分を含む燃料ガスを遮断又は開放する排気排水弁であって、外部に開口する流入口及び排出口と、中空状の弁体収納室と、流入口と弁体収納室とを連通する流入流路と、排出口と弁体収納室とを連通する排出流路とが形成されたボディーと、流入流路の弁体収納室への開口部である弁口の周囲に形成された弁座に対して進退移動し、弁座と接離可能な弁部が形成された弁体と、弁部が弁座と当接する閉塞位置と弁部が弁座から離間する開放位置との間で弁体を移動させる弁体作動装置とを備え、流入流路は、弁口側に向かって徐々に内径が小さくなる内径徐変部と、当該内径徐変部と弁体収納室とを連通し内径徐変部の最小内径より小さい内径のオリフィス孔を備え、内径徐変部とオリフィス孔との間には、オリフィス孔の形成方向と直交する方向に延在し周方向に連続する環状の面である段差面が形成されている。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１において、段差面のオリフィス孔の内径徐変部側の開口部の周囲には、筒状の侵入阻止部が段差面から流入口側に突出形成されている。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２において、流入口側から段差面側に向かって徐々に内径が小さくなる整流流路が連通形成された整流部材が、内径徐変部内に設けられ、整流流路は、オリフィス孔と同軸に形成され、整流部材の段差面側の端部と、段差面又は侵入阻止部の先端が離間して、内径徐変部内に空間である空隙室が形成され、空隙室の底部から内径徐変部の流入口側の底部に連通する排水流路が、内径徐変部と整流部材との間に形成されている。
【００１４】
請求項４に係る発明は、燃料電池から排出される水分を含む燃料ガスを遮断又は開放する排気排水弁であって、外部に開口する流入口及び排出口と、中空状の弁体収納室と、流入口と弁体収納室とを連通する流入流路と、排出口と弁体収納室とを連通する排出流路とが形成されたボディーと、流入流路の弁体収納室への開口部である弁口の周囲に形成された弁座に対して進退移動し、弁座と接離可能な弁部が形成された弁体と、弁部が弁座と当接する閉塞位置と弁部が弁座から離間する開放位置との間で弁体を移動させる弁体作動装置とを備え、流入流路は、弁口側に向かって徐々に内径が小さくなる内径徐変部と、当該内径徐変部と弁体収納室とを連通し内径徐変部の最小内径より小さい内径のオリフィス孔を備え、内径徐変部とオリフィス孔との間には、周方向に連続する環状の面である段差面が形成され、段差面のオリフィス孔の周囲には、流入口よりも弁口側に凹んだ凹部溝が形成されている。
【発明の効果】
【００１５】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、流入流路は、内径徐変部と、当該内径徐変部と弁体収納室とを連通し内径徐変部の最小内径より小さい内径のオリフィス孔を備えている。これにより、流入流路の断面積がオリフィス孔において小さくなることから、排気排水弁の開放時において、流入流路を流通する気体の流速がオリフィス孔内において増速される。このため、オリフィス孔の内周面に付着した水分が、流速が増速された気体によってパージされて除去される。この結果、オリフィス孔内に水分が残留しにくいので、氷点下以下の低温環境下であっても、流入流路内での水分の凍結に起因する流入流路内の閉塞が抑制される。
【００１６】
また、上記のように構成した請求項１に係る発明においては、流入流路には、弁口側に向かって徐々に内径が小さくなる内径徐変部が形成され、内径徐変部とオリフィス孔との間には、オリフィス孔の形成方向と直交する方向に延在し周方向に連続する環状の面である段差面が形成されている。これにより、流入流路が水平となるように排気排水弁を配設すると、仮にパージ後（掃気処理後）に、内径徐変部の天井部に水滴が残留している場合であっても、水滴はその自重により内径徐変部の天井部を伝って段差面側に流れ、段差面に達した水滴は段差面を伝って下方に流れ落ちる。このため、内径徐変部の天井部に残留した水滴が、オリフィス孔に侵入しにくい。更に、水滴が段差面の下端に達すると、水滴はその自重により内径徐変部である内径徐変部の底部を伝って流入口側に流れる。内径徐変部の流入口側は段差面側と比べて内径が大きいので、もし仮に、内径徐変部の流入口側に水滴が滞留し、この水滴が低温環境下において凍結したとしても、内径徐変部が閉塞されにくい。このように、内径徐変部及びオリフィス孔内のいずれにおいても、水分の凍結による流路の閉塞が抑制されるので、低温環境下においても、排気排水弁を使用することができる。
【００１７】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、段差面のオリフィス孔の内径徐変部側の開口部の周囲には、筒状の侵入阻止部が前記段差面から流入口側に突出形成されている。これにより、段差面のオリフィス孔の開口部の周囲が、筒状の侵入阻止部で囲まれているので、段差面を伝って下方に流れ落ちる水滴のオリフィス孔内への侵入がより抑制される。
【００１８】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、整流部材には、段差面側に向かって徐々に内径が小さくなる整流流路が連通形成されている。これにより、整流流路の断面積は、流入口側から段差面側に向かって徐々に小さくなっている。このため、排気排水弁の開放時において、整流流路を流通する気体の流速が整流流路内において徐々に増速される。そして、整流部材の段差面側の端部と、段差面又は侵入阻止部の先端が離間して、空間である空隙室が形成され、整流流路とオリフィス孔は同軸に形成されている。これにより、整流流路内で増速された気体が、空隙室を横切って、オリフィス孔内に流入する。このように、整流流路によって水素ガスの流路が徐々に縮径されるので、流入口からオリフィス孔に流通する気体の流れにおいて、淀み点（流速が０となる点）の発生が抑制される。この結果、流入流路内に残留した水滴が、整流流路内で増速された気体によってパージされる。
【００１９】
また、上記のように構成した請求項３に係る発明においては、空隙室の底部から内径徐変部の流入口側の底部に連通する排水流路が、内径徐変部と整流部材との間に形成されている。これにより、もし仮に、パージ後（掃気処理後）において、整流流路の空隙室への開口部や、オリフィス孔の空隙室への開口部に水滴が付着していたとしても、この水滴は空隙室の底部に流れ落ちる。そして、空隙室の底部に流れ落ちた水滴は、排水流路内を流通して流入口側に流れ、空隙室内に水滴が残留しにくい。このため、氷点下以下の低温環境下であっても、流入流路内での水分の凍結に起因する流入流路内の閉塞が抑制される。
【００２０】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、内径徐変部とオリフィス孔との間には、周方向に連続する環状の面である段差面が形成され、段差面のオリフィス孔の周囲には、開口部よりも弁口側に凹んだ凹部溝が形成されている。これにより、内径徐変部の天井部から段差面側に流れ落ちる水滴が、オリフィス孔の周囲に形成された凹部溝を伝って下方に流れ落ちるので、水滴のオリフィス孔内への侵入がより抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態である排気排水弁を使用した燃料電池システムの概要図である。
【図２】第１実施形態の排気排水弁の断面図である。
【図３】図２のＡ部拡大断面図である。
【図４】第１実施形態の排気排水弁の内径徐変部とオリフィス孔との連通部分を表した図であり、第１実施形態の排気排水弁の作用を表した説明図である。
【図５】第２実施形態の排気排水弁の要部拡大断面図である。
【図６】第２実施形態の排気排水弁の内径徐変部とオリフィス孔との連通部分を表した図であり、第２実施形態の排気排水弁の作用を表した説明図である。
【図７】第３実施形態の排気排水弁の要部拡大断面図である。
【図８】気液分離器に取り付けられた状態の第４実施形態の排気排水弁の断面図である。
【図９】第２実施形態の別例であり、内径徐変部が大径流路の一部に形成されている実施形態の排気排水弁の要部拡大断面図である。
【図１０】排気排水弁を略水平に配設した状態の排気排水弁の要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（燃料電池システムの説明）
以下に、図１を用いて、本発明の一実施形態による排気排水弁１００が用いられる燃料電池システム１について説明する。本発明の排気排水弁１００は、後述する電池スタック６（燃料電池）の燃料ガス排出口６３から排出された水分を含む水素等の燃料ガスが、燃料ガスを希釈する排出ガス希釈器５６（希釈装置）側に流出するのを遮断或いは許容（開放）するものである。図１に示すように、燃料電池システム１は、酸素系２、燃料系５、電池スタック６、動力系７、冷却系８および制御装置９を有している。
【００２３】
電池スタック６は、これに限定されるべきものではないが、複数の固体高分子型の単セルが積層されることで形成されている。複数の単セルは電気的に直列に接続されており、各々の単セルは電解質膜と、これを挟むアノード極およびカソード極（いずれも図示せず）を含んでいる。また、単セルのアノードセパレータ（図示せず）には、アノード極に対して水素ガスを供給するためのアノード流路６１が形成されており、カソードセパレータ（図示せず）には、カソード極に対して空気を供給するためのカソード流路６２が形成されている。
【００２４】
酸素系２は酸素系供給配管２１ａを備えており、酸素系供給配管２１ａは電池スタック６内のカソード流路６２の一端と接続されている。酸素系供給配管２１ａ上には、電池スタック６に向けて順に、エアフィルタ２２、エアコンプレッサ２３、インタークーラ２４および三方弁３が設けられている。
【００２５】
カソード流路６２の他端には、酸素系排出配管２１ｂの一端が接続されており、酸素系排出配管２１ｂ上には、２ポートの流体制御弁であるエア調圧弁４が設けられている。また、上述した三方弁３は、３ポートの流体制御弁であって、バイパス配管２１ｃの一端が接続されており、バイパス配管２１ｃの他端は、酸素系排出配管２１ｂのエア調圧弁４よりも下流側部位（電池スタック６が接続されていない側）に接続されている。
【００２６】
一方、燃料系５は、燃料系供給配管５１ａの一端に水素タンク５２が接続されており、燃料系供給配管５１ａ上には調圧弁５３が設けられている。燃料系供給配管５１ａの他端は、電池スタック６内のアノード流路６１の一端と接続されている。アノード流路６１の他端には、燃料系排出配管５１ｂが接続されており、燃料系排出配管５１ｂ上には、電池スタック６に近い側から順に、気液分離器５４、排気排水弁１００および排出ガス希釈器５６が形成されている。排出ガス希釈器５６には、上述した酸素系排出配管２１ｂの他端が接続されている。
【００２７】
また、気液分離器５４は燃料系循環路５１ｃを介して、燃料系供給配管５１ａ上の調圧弁５３とアノード流路６１との接続部との間の部位に接続されている。燃料系循環路５１ｃ上には循環ポンプ５７が設けられており、気液分離器５４からアノード流路６１に向けて水素ガスを循環させている。
【００２８】
動力系７は、車両を走行させるための電動モータ７１を備えている。電動モータ７１は、電池スタック６の正極および負極と接続されており、電池スタック６の発電によって駆動される。
また、冷却系８は、冷却ポンプ８１を備え、電池スタック６内に冷却水を循環させて電池スタック６を冷却している。
制御装置９は、エアコンプレッサ２３、三方弁３、エア調圧弁４、調圧弁５３、排気排水弁１００、循環ポンプ５７、及び、冷却ポンプ８１と電気的に接続されている。制御装置９は車両の走行状態に応じて算出された電池スタック６の必要な発電量に基づき、これらの各構成要素の作動を制御している。
【００２９】
上述した構成により、車両が起動すると、制御装置９は、エアコンプレッサ２３を作動させて、カソード流路６２へ空気を供給するとともに、調圧弁５３および循環ポンプ５７を作動させて、アノード流路６１へ水素ガスを供給し、電池スタック６において発電を行う。
【００３０】
酸素系２において、エアフィルタ２２を介して吸引された酸素を含んだ空気は、エアコンプレッサ２３において圧縮された後、インタークーラ２４によって冷却される。三方弁３は、電池スタック６の発電量に応じてバルブ部材の位置を変位させ、インタークーラ２４から供給された空気を分流してバイパス配管２１ｃへ逃すことにより、電池スタック６への空気の流量を制御している。
【００３１】
また、エア調圧弁４は、その開度を調整し電池スタック６内に残存した空気の排出量を調整することにより、電池スタック６内の圧力を制御している。
【００３２】
なお、燃料電池システム１の運転に伴い、電池スタック６のアノード極で水が生成される。すると、燃料系循環路５１ｃを循環する水素ガスに、水蒸気や水（本明細書では液体状の水を単に水という）が含有するようになる。電池スタック６のアノード極に水が付着すると、アノード極への水素ガスの供給が阻害され、電池スタック６での発電が不安定となる場合がある。
【００３３】
そこで、燃料系循環路５１ｃの途中に、電池スタック６の燃料ガス排出口６３に連通する気液分離器５４を設けている。そして、燃料系循環路５１ｃを循環する水素ガスを、気液分離器５４に通して、水素ガスと水を分離することにしている。なお、気液分離器５４において水素ガスから分離された水は、気液分離器５４の底部に滞留する。
【００３４】
排気排水弁１００は、気液分離器５４の底部に連通するように、気液分離器５４に取り付けられている。気液分離器５４内は、３００kPa程度となっており、排気排水弁１００より下流の圧力よりも高くなっている。このため、排気排水弁１００を開放させると、気液分離器５４において分離された水は、水素ガスとともに、排出ガス希釈器５６に排出される。そして、水蒸気や水を含む水素ガスは、排出ガス希釈器５６において、酸素系排出配管２１ｂから供給された空気により希釈化された後、外部へと放出される。
【００３５】
本実施形態では、燃料電池システム１の運転中に、気液分離器５４の底部に所定の水が滞留する所定時間（例えば数分）毎に、排気排水弁１００を所定の短時間（数秒）だけ開放させることにより、水素ガスをなるべく無駄に外部に放出することなく、気液分離器５４の底部に滞留した水を外部に排出することにしている。
【００３６】
なお、燃料電池システム１の停止時には、気液分離器５４の底部に滞留した水が完全に排出された後も、排気排水弁１００の開放状態を所定時間（数秒）維持することにより、排気排水弁１００内の水分を水素ガスでパージする掃気処理を行うことにしている。
【００３７】
（第１実施形態の排気排水弁）
次に、図２及び図３を用いて、第１実施形態の排気排水弁１００の構造について説明する。排気排水弁１００は、弁ケーシング８２、弁機構８３、及び、弁機構８３を駆動させる弁体作動装置８４を備えている。弁ケーシング８２は、ボディー８５とカバー８６とを有している。
【００３８】
ボディー８５は、例えばガラス繊維でフィラー強化されたポリフェニレンスルファイド樹脂製である。ボディー８５は、ブロック形状である。本実施形態では、ボディー８５の基部には、径方向外側に向かって延設されたフランジ部８５ａが形成されている。フランジ部８５ａが、気液分離器５４の筐体に例えばボルトにより固定されることにより、排気排水弁１００が気液分離器５４に取り付けられている。
【００３９】
ボディー８５の基端面には、この基端面に開口する中空状の空間である弁体収納室８５ｂが凹陥形成されている。ボディー８５には、外部に開口する流入口８５ｃが形成されている。流入口８５ｃは気液分離器５４の内部に連通している。気液分離器５４から排出される水を含む水素ガスが、流入口８５ｃから排気排水弁１００内の流路に流入するようになっている。ボディー８５には、流入口８５ｃと弁体収納室８５ｂを連通する流入流路８５ｄが形成されている。後で詳細に説明するように、本発明では、流入流路８５ｄは、流入口８５ｃ側に形成された大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）と、この大径流路８５ｅと弁体収納室８５ｂを連通するオリフィス孔８５ｆとから構成されている。
【００４０】
オリフィス孔８５ｆは、弁体収納室８５ｂの底部の中央部に開口している。図３に示すように、オリフィス孔８５ｆの弁体収納室８５ｂ底部への開口部は、弁口８５ｇとなっている。そして、弁体収納室８５ｂ底部の弁口８５ｇの周囲には、オリフィス孔８５ｆの形成方向（軸線方向）と直交する平面である弁座８５ｈが形成されている。本実施形態では、弁体収納室８５ｂ底部からオリフィス孔８５ｆの形成方向に円錐台状に突出する弁座部８５ｉが形成されている。この弁座部８５ｉの頂部に、オリフィス孔８５ｆが開口するとともに、所定の幅を有する円環状の弁座８５ｈが形成されている。
【００４１】
図２に戻って説明する。ボディー８５には、外部に開口する排出口８５ｊが形成されている。排出口８５ｊは、排出ガス希釈器５６に連通している。ボディー８５には、排出口８５ｊと弁体収納室８５ｂを連通する排出流路８５ｋが形成されている。ボディー８５基端面の弁体収納室８５ｂの周囲には、円環状に凹陥した固定溝８５ｍが凹陥形成されている。
【００４２】
フランジ部８５ａには気液分離器５４に取付けるための取付穴（図示せず）と、後述する支持板１０３を組付けるための組付穴８５ｎが形成されている。取付穴及び組付穴８５ｎの周囲には金属製の雌ねじ部材が埋設されている。
【００４３】
カバー８６は、例えばナイロン系樹脂製で、円筒状の円筒部８６ａが形成されるとともに、円筒部８６ａの先端部にはコネクタを構成するコネクタ部８６ｂがカバー８６の長手方向に対して直角に突設されている。コネクタ部８６ｂには後述するコイル１０１に接続された端子８６ｃが設けられるとともに、図略のソケットに着脱可能に係止する係止爪８６ｄが形成されている。カバー材の先端部にはコネクタ支持部の取付方向に対して直角な方向に後述する支持帯体１０４が嵌入するガイド溝８６ｅが形成されている。
【００４４】
弁機構８３は、弁体９７と、弁軸としてのプランジャー９８と、上述の弁口８５ｇとから主に構成されている。
【００４５】
弁体９７は、ゴムや軟質樹脂等の可撓材料で構成されている。弁体９７は、弁部９７ａと、この弁部９７ａから径方向外側に向かって延設された膜状のダイヤフラム部９７ｂと、弁部９７ａの裏側に形成された固着部９７ｃとから構成されたダイヤフラム弁である。弁体９７は、弁体収納室８５ｂに収納されている。弁部９７ａは、所定の肉厚を有し、弁座８５ｈ（弁口８５ｇ）に対して進退移動し、弁座８５ｈ（弁口８５ｇ）と接離可能となっている。
【００４６】
ダイヤフラム部９７ｂの周縁は上述の固定溝８５ｍに嵌合固定され、これらの弁部９７ａ及びダイヤフラム部９７ｂによって、弁体収納室８５ｂが外気に対して気密状態で隔離されている。これにより、オリフィス孔８５ｆの弁体収納室８５ｂへの開口部及び排出流路８５ｋの弁体収納室８５ｂへの開口部が外気に対して気密状態で隔離されている。
【００４７】
プランジャー９８は、例えば鉄系材料（例えばフェライト系ステンレス等の電磁ステンレス）等の磁性体で構成されている。プランジャー９８は、断面円形状を含む円柱形状であり、その弁体９７側の端部には、被固着部９８ａが形成されている。被固着部９８ａには、弁体９７の固着部９７ｃが固着されている。言い換えると、プランジャー９８は、弁体９７に固定され弁部９７ａと直角な軸線方向に延設されている。プランジャー９８において弁体９７とは反対側の端部には、有底のばね収納穴９８ｂがプランジャー９８の軸方向に沿って穿設されている。プランジャー９８は弁体作動装置８４の可動子としての役割を担う。
【００４８】
弁体作動装置８４は、上述のプランジャー９８、プランジャー９８をガイドするスリーブ９９、コア部材１０６、コイル１０１、ヨーク部材等から構成される。弁体作動装置８４は、弁部９７ａが弁座８５ｈと当接する閉塞位置と、弁部９７ａが弁座８５ｈから離間する開放位置との間で弁体９７を移動させるものである。
【００４９】
スリーブ９９は、例えば非磁性体であるオーステナイト系ステンレス鋼製で、有底円筒状のガイド部９９ａとガイド部９９ａの開口端部にガイド部９９ａの軸方向に対して直角な半径方向に延在する取付フランジ部９９ｂとから構成されている。取付フランジ部９９ｂは、弁体収納室８５ｂの周縁に弁体９７のダイヤフラム部９７ｂを介して密着するように設けられる。ガイド部９９ａには弁体９７が固着されたプランジャー９８が摺動可能に設けられ、弁体９７の弁部９７ａが弁座８５ｈに対して接離するようになっている。また、前記ばね収納穴９８ｂに圧縮されて収納されたスプリング１０２の先端部がスリーブ９９の底部分に当接するとともに、スプリング１０２の基端部がばね収納穴９８ｂの底部分に当接することで、プランジャー９８及び弁体９７を弁座８５ｈに向かって付勢している。
【００５０】
スリーブ９９は、支持板１０３を介して例えばボルトによりボディー８５に固定されている。支持板１０３は、例えば磁性体であるフェライト系ステンレス等の電磁ステンレス鋼製で、後述する支持帯体１０４を支持する支持穴（図示せず）と支持板１０３をボディー８５に組付ける組付穴１０３ｂとスリーブ９９のガイド部９９ａが貫通する貫通穴１０３ｃとが設けられている。
【００５１】
コイル１０１はボビン１０５に巻回され、ボビン１０５には挿入穴１０５ａが貫設されている。コイル１０１のプラス極及びマイナス極の端部は、端子８６ｃを介して、図略の電源に接続され、制御装置９の指令によって駆動電流が印加される。コイル１０１及びボビン１０５は前記カバー８６の内周壁部に一体成型により配設されている。ボビン１０５の挿入穴１０５ａには一端（弁体９７）側よりスリーブ９９のガイド部９９ａが挿入され、ボビン１０５の挿入穴１０５ａの他端側より円柱状のコア部材１０６が挿入されている。
【００５２】
コア部材１０６は、例えば磁性体であるフェライト系ステンレス等の電磁ステンレス鋼製で、挿入された先端部がスリーブ９９の底部分に当接する。コア部材１０６の基端部側には係止フランジ１０６ａが設けられ、ボビン１０５の挿入穴１０５ａの一端縁（弁体の反対側）に係止される。
【００５３】
支持帯体１０４は、例えば磁性体であるフェライト系ステンレス等の電磁ステンレス鋼製で、両側が直角に屈曲された中央部分には、コア部材１０６の基端部が嵌入する嵌入穴１０４ａが形成されている。支持帯体１０４の中央部分から直角に屈曲されて延在する二つの先端部には、前記支持板１０３の支持穴（図示せず）に係合する係合爪（図示せず）が形成されている。支持帯体１０４は、その基部が前記カバー８６のガイド溝８６ｅに嵌合するとともに、その係合爪が支持板１０３の支持穴に係合することで、カバー８６及びコア部材１０６をボディー８５に固定している。なお、支持板１０３及び支持帯体１０４は、磁力線が漏れるのを防ぐヨークとしての役目を担っている。
【００５４】
次に、上記のように構成された排気排水弁１００の作動について図に基づいて以下に説明する。スプリング１０２によって弁座８５ｈ方向にプランジャー９８及び弁体９７が付勢されている。このため、コイル１０１に駆動電流が印加されていない状態では、図２に示すように、スプリング１０２の付勢力によって、弁体９７は、弁部９７ａが弁座８５ｈに当接して密着した閉塞位置に移動されている。この状態では、弁部９７ａが弁口８５ｇを閉塞しているので、流入流路８５ｄから排出流路８５ｋに流体が流通しない。
【００５５】
制御装置９（図１に示す）の指令により、コイル１０１に駆動電流が印加されると、コア部材１０６にプランジャー９８を吸着する方向の磁力が発生する。これによりプランジャー９８が、スプリング１０２の付勢力に抗しながらスリーブ９９内を移動してコア部材１０６側に吸着される。これにより弁体９７が、弁座８５ｈ（弁口８５ｇ）より離間した開放位置に移動される。すると、水を含む水素ガスが、気液分離器５４から流入口８５ｃに流入し、流入流路８５ｄ、オリフィス孔８５ｆ、弁体収納室８５ｂ、排出流路８５ｋの順に流れ、排出口８５ｊから排出ガス希釈器５６に排出される。燃料電池システム１の停止時には、気液分離器５４の底部に滞留した水を完全に排出した後も、排気排水弁１００の開放状態を所定時間（数秒）維持することにより、水素ガスが、気液分離器５４から流入口８５ｃに流入し、流入流路８５ｄ、オリフィス孔８５ｆ、弁体収納室８５ｂ、排出流路８５ｋの順に流れ、排気排水弁１００内の流路に残留した水が、水素ガスによってパージされ、排出口８５ｊから排出ガス希釈器５６に排出される。
【００５６】
次に、図３を用いて、本発明の要部について説明する。大径流路８５ｅは、その少なくとも一部に、流入口８５ｃから弁口８５ｇ側に向かって徐々に内径が小さくなる内径徐変部８５ｖが形成されている。本実施形態では、内径徐変部８５ｖは、流入口８５ｃからオリフィス孔８５ｆとの連通部まで形成されていて、内径徐変部８５ｖの大径流路８５ｅの軸線ａに対する傾斜角は１５°となっている。
【００５７】
オリフィス孔８５ｆは、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）と同軸に形成されている。オリフィス孔８５ｆの内径は、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）の最小内径よりも小さくなっている。言い換えると、オリフィス孔８５ｆの内径は、大径流路８５ｅのオリフィス孔８５ｆとの連通部分の内径よりも小さくなっている。つまり、オリフィス孔８５ｆの断面積は、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）のオリフィス孔８５ｆとの連通部分の断面積よりも小さくなっている。本実施形態では、大径流路８５ｅのオリフィス孔８５ｆとの連通部分の内径は、３．４ｍｍ、オリフィス孔８５ｆの内径は、１．７ｍｍとなっている。
【００５８】
大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）とオリフィス孔８５ｆとの間には、段差面８５ｐが形成されている。段差面８５ｐは、オリフィス孔８５ｆの形成方向（流入流路８５ｄの軸線ａ方向）と直交する方向に延在する面であり、周方向に連続する円環状の面である。なお、ここでいう”直交”とは、オリフィス孔８５ｆの形成方向（軸線方向）となす角度が、９０°±１０°、好ましくは、９０°±５°となる角度のことをいう。なお、段差面８５ｐの幅の下限は、０．５ｍｍであり、好ましくは、１ｍｍ、より好ましくは、１．７ｍｍである。また、段差面８５ｐの幅の上限は、１０ｍｍであり、好ましくは、５ｍｍ、より好ましくは、３ｍｍである。
【００５９】
次に、図３及び図４を用いて、第１実施形態の排気排水弁１００の作用について説明する。本実施形態では、図２に示すように、排気排水弁１００は、流入流路８５ｄが水平（流入流路８５ｄの軸線ａが水平）となるように、気液分離器５４に取り付けられている。上述したように、水分の排気排水弁１００内での残留を抑制するために、気液分離器５４の底部に滞留した水が完全に排出された後も、排気排水弁１００の開放状態を所定時間（数秒）維持し、排気排水弁１００内の水分を水素ガスでパージ（掃気処理）を行うことにしている。なお、排気排水弁１００内に滞留する水分は、気液分離器５４により水素ガスから分離された水分のみならず、気液分離器５４内に滞留する水蒸気が排気排水弁１００内において結露した水分も含まれる。
【００６０】
本発明では、弁口８５ｇに開口するオリフィス孔８５ｆの内径は、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）の最小内径よりも小さくなっている。このため、水素ガスでのバージ時において、大径流路８５ｅに流入した水素ガスがオリフィス孔８５ｆに流入すると、水素ガスの流路の断面積がオリフィス孔８５ｆにおいて小さくなることから、オリフィス孔８５ｆを流通する水素ガスの流速が増速される。このため、オリフィス孔８５ｆの内周面に付着した水分が、高速の水素ガスでパージされて除去される。上記のように、流入口８５ｃからオリフィス孔８５ｆ側に向かって徐々に縮径する内径徐変部８５ｖが大径流路８５ｅに形成されているので、大径流路８５ｅを流通する水素ガスの圧損による圧力低下が抑制される。
【００６１】
上述のように、大径流路８５ｅには段差面８５ｐ側に向かって徐々に内径が小さくなる内径徐変部８５ｖが形成されていて、大径流路８５ｅの天井部８５ｗは、流入口８５ｃ側よりも段差面８５ｐ側の方が低くなっている。このため、もし仮に水素ガスでのパージ後（掃気処理後）において、図４の（１）に示すように、大径流路８５ｅの天井部８５ｗに水滴９９９が残留していた場合には、水滴９９９はその自重により大径流路８５ｅの天井部８５ｗを伝って段差面８５ｐ側に流れる（図４の（２））。そして、水滴９９９が段差面８５ｐに達すると（図４の（３））、水滴９９９はその自重により段差面８５ｐを伝って下方に流れ落ちる。（図４の（４））。上述のように、大径流路８５ｅには、内径徐変部８５ｖが形成されていることから、大径流路８５ｅの底部は、段差面８５ｐ側よりも流入口８５ｃ側の方が低くなっている。このため、水滴９９９が段差面８５ｐの下端に達すると（図４の（５））、水滴９９９はその自重により大径流路８５ｅの底部を伝って流入口８５ｃ側に流れる（図４の（６））。
【００６２】
段差面８５ｐを伝う水滴９９９には、界面張力が作用している。つまり、水滴９９９には、それ自身の水分子によって内側に引っ張られる力（ファンデルワールス力）が作用し、水滴９９９自身の表面積が小さくなるような力が、水滴９９９に作用する。このため、段差面８５ｐを伝う水滴９９９は、界面張力により集合し、段差面８５ｐを優先的に伝うので、オリフィス孔８５ｆ内に侵入し難い。
【００６３】
大径流路８５ｅの流入口８５ｃ側の内径は、ある程度大きい（６ｍｍ）ので、もし仮に大径流路８５ｅの流入口８５ｃ側に水滴９９９が滞留し、この水滴９９９が低温環境下において凍結したとしても、大径流路８５ｅの閉塞を抑制できる。
【００６４】
（第２実施形態の排気排水弁）
次に、図５及び図６を用いて、第２実施形態の排気排水弁２００について、上記説明した第１実施形態の排気排水弁１００と異なる点について説明する。なお、同一部材については同一の符号を付して、その記載を省略する。
【００６５】
図５や図６に示すように、第２実施形態の排気排水弁２００では、段差面８５ｐのオリフィス孔８５ｆの開口部の周囲には、段差面８５ｐから直交する流入口８５ｃ側方向（オリフィス孔８５ｆの形成方向）に円筒状の侵入阻止部８５ｒが突出形成されている。言い換えると、内径徐変部８５ｖとオリフィス孔８５ｆとの間の段差面８５ｘ（上述の段差面８５ｐと同じ）のオリフィス孔８５ｆの開口部の周囲には、流入口８５ｃよりも弁口８５ｇ側に凹んだ凹部溝８５ｙが形成されている。なお、凹部溝８５ｙは、周方向に連続する円環状に凹陥した形状であっても、円弧状に凹陥した形状であっても差し支え無い。なお、凹部溝８５ｙが、円弧状に凹陥した形状である場合には、凹部溝８５ｙは、少なくとも、オリフィス孔８５ｆの軸心よりも上側に形成されている。
【００６６】
次に、図６を用いて、第２実施形態の排気排水弁２００の作用について説明する。もし仮に水素ガスでのパージ後（掃気処理後）において、図６の（１）に示すように、大径流路８５ｅの天井部８５ｗに水滴９９９が残留した場合には、水滴９９９はその自重により大径流路８５ｅの天井部８５ｗを伝って段差面８５ｐ側に流れる（図６の（２））。そして、水滴９９９が段差面８５ｐに達すると（図６の（３））、水滴９９９はその自重により侵入阻止部８５ｒの周囲の段差面８５ｐ（凹部溝８５ｙ）を伝って大径流路８５ｅの底部に流れ落ちる（図６の（４））。第２実施形態では、段差面８５ｐのオリフィス孔８５ｆの開口部の周囲が、筒状の侵入阻止部８５ｒで囲まれているので、段差面８５ｐを伝って下方に流れ落ちる水滴９９９のオリフィス孔８５ｆ内への侵入がより抑制される。水滴９９９が段差面８５ｐの下端に達すると（図６の（５））、水滴９９９はその自重により大径流路８５ｅの底部を伝って流入口８５ｃ側に流れる（図６の（６））。
【００６７】
（第３実施形態の排気排水弁）
次に、図７を用いて、第３実施形態の排気排水弁３００について、上記説明した第２実施形態の排気排水弁２００と異なる点について説明する。なお、同一部材については同一の符号を付して、その記載を省略する。
【００６８】
図７に示されるように、第３実施形態の排気排水弁３００では、大径流路８５ｅ内に整流部材８８が設けられている。整流部材８８は管状の部材であり、その外周面は、大径流路８５ｅの内周面に対応した形状となっていて、大径流路８５ｅの内周面に密着している。整流部材８８の段差面８５ｐ側の端部は、侵入阻止部８５ｒの頂部と所定寸法（数ｍｍ）離間している。このため、整流部材８８の段差面８５ｐ側の端部と侵入阻止部８５ｒの先端との間の大径流路８５ｅには、空間である空隙室８５ｔが形成されている。整流部材８８には、流入口８５ｃ側の端部から段差面８５ｐの端部に向かって徐々に内径が小さくなる整流流路８８ａが連通形成されている。言い換えると、整流流路８８ａの断面積は、段差面８５ｐ側に向かって徐々に小さくなっている。整流流路８８ａの段差面８５ｐ側の開口部の内径は、オリフィス孔８５ｆの内径と殆ど同一となっている。整流流路８８ａとオリフィス孔８５ｆは同軸に形成されている。言い換えると、整流流路８８ａの段差面８５ｐ側の開口部と、オリフィス孔８５ｆの入口側の開口部とは同軸となっている。
【００６９】
整流部材８８の外周面の下端には、整流部材８８の軸線方向に沿って、排出溝８８ｂが形成されている。このため、空隙室８５ｔの底部から大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）の流入口８５ｃ側の底部に連通する排水流路８５ｓが、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）と整流部材８８との間に形成されている。なお、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）の底部に、軸線方向に沿って、排出溝を形成することにより、排水流路８５ｓを、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）と整流部材８８との間に形成することにしても差し支え無い。
【００７０】
次に、第３実施形態の排気排水弁３００の作用について説明する。上述したように、整流流路８８ａの断面積は、流入口８５ｃ側から段差面８５ｐ側に向かって徐々に小さくなっている。このため、水素ガスでのパージ時において、大径流路８５ｅに流入する水素ガスは、整流部材８８の整流流路８８ａ内を流通する際に、徐々に流速が早くなる。
【００７１】
上述したように、整流流路８８ａの段差面８５ｐ側の開口部の内径は、オリフィス孔８５ｆの内径と殆ど同一となっていて、整流流路８８ａとオリフィス孔８５ｆは同軸に形成されている。これにより、整流流路８８ａ内で増速された高速の水素ガスが、空隙室８５ｔを横切って、オリフィス孔８５ｆ内に流入する。このように、整流流路８８ａによって水素ガスの流路が徐々に縮径されるので、流入口８５ｃからオリフィス孔８５ｆに流通する水素ガスの流れにおいて、淀み点（流速が０となる点）の発生が抑制される。このため、大径流路８５ｅ内に残留する水滴水素ガスによってパージされ、排出口８５ｊから排出される。上述したように、整流流路８８ａとオリフィス孔８５ｆは同軸に形成されているので、パージ時に、流入口８５ｃからオリフィス孔８５ｆに流通する水素ガスの圧損や気流音が低減される。
【００７２】
本実施形態では、大径流路８５ｅが徐々に縮径して、オリフィス孔８５ｆに連通しているのでは無く、徐々に縮径する整流流路８８ａとオリフィス孔８５ｆとの間には、空隙室８５ｔが形成されている。このため、もし仮に、パージ後（掃気処理後）において、整流流路８８ａ内に水滴が付着していた場合には、この水滴はその自重によって整流流路８８ａの底部を伝って、流入口８５ｃ側に流れ落ちる。一方で、整流流路８８ａの空隙室８５ｔへの開口部や、オリフィス孔８５ｆの空隙室８５ｔへの開口部に水滴が付着していた場合には、この水滴は空隙室８５ｔの底部に流れ落ちる。そして、空隙室８５ｔの底部に流れ落ちた水滴は、排水流路８５ｓ内を流通して流入口８５ｃ側に流れ、空隙室８５ｔ内に水滴が残留しにくい。このため、氷点下以下の低温環境下であっても、流入流路８５ｄ内での水分の凍結に起因する流入流路８５ｄ内の閉塞が抑制される。また、もし仮に、パージ後に空隙室８５ｔの天井部８５ｗに水滴が残留したとしても、水滴は侵入阻止部８５ｒの周囲の段差面８５ｐを伝って大径流路８５ｅの底部に流れ落ちるため、水滴がオリフィス孔８５ｆ内に侵入しにくい。そして、大径流路８５ｅの底部に流れ落ちた水滴は、その自重により、排水流路８５ｓ内を流通して流入口８５ｃ側に流れ、空隙室８５ｔ内に水滴が残留しにくい。
【００７３】
なお、第１実施形態の排気排水弁１００の大径流路８５ｅ内に、整流部材８８を設けても差し支え無い。この実施形態の場合には、整流部材８８の段差面８５ｐ側の端部と、段差面８５ｐとは所定寸法（数ｍｍ）離間している。
【００７４】
（第４実施形態の排気排水弁）
次に、図８を用いて、第４実施形態の排気排水弁４００について、上記説明した第１実施形態の排気排水弁１００と異なる点について説明する。なお、同一部材については同一の符号を付して、その記載を省略する。
【００７５】
図８に示すように、第４実施形態の排気排水弁４００では、ボディー８５には、流入流路８５ｄの周囲に排出流路８５ｋが形成されている。言い換えると、流入流路８５ｄと排出流路８５ｋ間には、隔壁８５ｕが形成されている。
【００７６】
気液分離器５４には、ボディー８５の外形に対応した形状であり、気液分離器５４の内部５４ａに連通する取付部５４ｂが形成されている。そして、取付部５４ｂにボディー８５が挿入されて、排気排水弁４００が気液分離器５４に取り付けられている。ボディー８５の先端部と基部の外周面にはそれぞれＯリング１１１、１１２が取り付けられている。Ｏリング１１１、１１２は、気液分離器５４の取付部５４ｂの内周面に当接し、ボディー８５の外周面と取付部５４ｂの内周面間をシールしている。
【００７７】
上述したように、気液分離器５４の内部５４ａは排気排水弁１００より下流の圧力よりも高くなっている。第４実施形態の排気排水弁４００では、万一隔壁８５ｕに亀裂等が生じて水素ガスが漏れ出した場合でも、流入流路８５ｄは排出流路８５ｋに包囲されているので、隔壁８５ｕの亀裂等から漏れる水素ガスは、排出流路８５ｋに流れ出すこととなる。ボディー８５の外周面と取付部５４ｂの内周面間は、Ｏリング１１１、１１２によってシールされているので、排出流路８５ｋに流れ出した高圧の水素ガスは、排気排水弁４００の外部に直接漏洩することを抑制でき、排出口８５ｊから排出ガス希釈器５６に排出され、この排出ガス希釈器５６において、酸素系排出配管２１ｂから供給された空気により希釈化された後、外部へと放出される。
【００７８】
上述した実施形態によれば、図３や図４に示すように、流入流路８５ｄは、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）と、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）と弁体収納室８５ｂとを連通し大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）の最小内径より小さい内径のオリフィス孔８５ｆを備えている。これにより、流入流路８５ｄの断面積がオリフィス孔８５ｆにおいて小さくなることから、排気排水弁１００の開放時において、流入流路８５ｄを流通する気体の流速がオリフィス孔８５ｆ内において増速される。このため、オリフィス孔８５ｆの内周面に付着した水分が、流速が増速された気体によってパージされて除去される。この結果、オリフィス孔８５ｆ内に水分が残留しにくいので、氷点下以下の低温環境下であっても、流入流路８５ｄ内での水分の凍結に起因する流入流路８５ｄ内の閉塞が抑制される。
【００７９】
また、上述した実施形態によれば、図３や図４に示すように、大径流路８５ｅには、弁口８５ｇ側に向かって徐々に内径が小さくなる内径徐変部８５ｖが形成され、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）とオリフィス孔８５ｆとの間には、オリフィス孔８５ｆの形成方向と直交する方向に延在し周方向に連続する環状の面である段差面８５ｐが形成されている。これにより、流入流路８５ｄが水平となるように排気排水弁１００を配設すると、仮にパージ後（掃気処理後）に、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）の天井部８５ｗに水滴９９９が残留している場合であっても（図４の（１））、水滴９９９はその自重により内径徐変部８５ｖである大径流路８５ｅの天井部８５ｗを伝って段差面８５ｐ側に流れ（図４の（２））、段差面８５ｐに達した水滴９９９（図４の（３））は、段差面８５ｐを伝って下方に流れ落ちる（図４の（４））。このため、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）の天井部８５ｗに残留した水滴９９９が、オリフィス孔８５ｆに侵入しにくい。更に、水滴９９９が段差面８５ｐの下端に達すると（図４の（５））、水滴９９９はその自重により内径徐変部８５ｖである大径流路８５ｅの底部を伝って流入口８５ｃ側に流れる。大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）の流入口８５ｃ側は段差面８５ｐ側と比べて内径が大きいので、もし仮に、大径流路８５ｅの流入口８５ｃ側に水滴９９９が滞留し、この水滴９９９が低温環境下において凍結したとしても、大径流路８５ｅが閉塞されにくい。このように、大径流路８５ｅ及びオリフィス孔８５ｆ内のいずれにおいても、水滴９９９の凍結による流路の閉塞が抑制されるので、低温環境下においても、排気排水弁１００を使用して、燃料電池システム１を始動させることができる。
【００８０】
また、上述した実施形態によれば、図５や図６に示すように、段差面８５ｐのオリフィス孔８５ｆの開口部の周囲には、筒状の侵入阻止部８５ｒが段差面８５ｐと直交する方向に突出形成されている。これにより、段差面８５ｐのオリフィス孔８５ｆの開口部の周囲が、筒状の侵入阻止部８５ｒで囲まれているので、図６の（４）に示すように、段差面８５ｐを伝って下方に流れ落ちる水滴９９９のオリフィス孔８５ｆ内への侵入がより抑制される。
【００８１】
また、上述した実施形態によれば、図７に示すように、整流部材８８には、段差面８５ｐ側に向かって徐々に内径が小さくなる整流流路８８ａが連通形成されている。これにより、整流流路８８ａの断面積は、流入口８５ｃ側から段差面８５ｐ側に向かって徐々に小さくなっている。このため、排気排水弁３００の開放時において、整流流路８８ａを流通する気体の流速が整流流路８８ａ内において徐々に増速される。そして、整流部材８８の段差面８５ｐ側の端部と、侵入阻止部８５ｒの先端が離間して、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）内に空間である空隙室８５ｔが形成され、整流流路８８ａとオリフィス孔８５ｆは同軸に形成されている。これにより、整流流路８８ａ内で増速された気体が、空隙室８５ｔを横切って、オリフィス孔８５ｆ内に流入する。このように、整流流路８８ａによって水素ガスの流路が徐々に縮径されるので、流入口８５ｃからオリフィス孔８５ｆに流通する気体の流れにおいて、淀み点（流速が０となる点）の発生が抑制される。この結果、大径流路８５ｅ内やオリフィス孔８５ｆ内に残留した水滴が、整流流路８８ａ内で増速された気体によってパージされる。
【００８２】
また、上述した実施形態によれば、図７に示すように、空隙室８５ｔの底部から大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）の流入口８５ｃ側の底部に連通する排水流路８５ｓが、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）と整流部材８８との間に形成されている。これにより、もし仮に、パージ後（掃気処理後）において、整流流路８８ａの空隙室８５ｔへの開口部や、オリフィス孔８５ｆの空隙室８５ｔへの開口部に水滴が付着していたとしても、この水滴は空隙室８５ｔの底部に流れ落ちる。そして、空隙室８５ｔの底部に流れ落ちた水滴は、排水流路８５ｓ内を流通して流入口８５ｃ側に流れ、空隙室８５ｔ内に水滴が残留しにくい。このため、氷点下以下の低温環境下であっても、流入流路８５ｄ内での水分の凍結に起因する流入流路８５ｄ内の閉塞が抑制される。
【００８３】
また、上述した実施形態によれば、図５に示すように、内径徐変部８５ｖとオリフィス孔８５ｆとの間には、周方向に連続する環状の面である段差面８５ｘが形成され、段差面８５ｘのオリフィス孔８５ｆの周囲には、流入口８５ｃよりも弁口８５ｇ側に凹んだ凹部溝８５ｙが形成されている。これにより、内径徐変部８５ｖの天井部８５ｗから段差面８５ｘ側に流れ落ちる水滴が、オリフィス孔８５ｆの周囲に形成された凹部溝８５ｙを伝って下方に流れ落ちるので、水滴のオリフィス孔８５ｆ内への侵入がより抑制される。
【００８４】
なお、上記説明した実施形態では、第１実施形態〜第４実施形態のいずれの排気排水弁１００〜４００も、大径流路８５ｅには、流入口８５ｃから段差面８５ｐまで、流入口８５ｃから弁口８５ｇに向かって徐々に内径が小さくなる内径徐変部８５ｖが形成されている。しかし、図９に示すように、内径徐変部８５ｖが、大径流路８５ｅの一部に形成されている実施形態であっても差し支え無い。なお、図９に示される実施形態では、第２実施形態の排気排水弁２００において、流入口８５ｃ側の大径流路８５ｅには、内径徐変部８５ｖが形成されている一方で、段差面８５ｐ側の大径流路８５ｅには、内径徐変部８５ｖが形成されておらず、略同一の内径となっている。このような実施形態であっても、パージ後（掃気処理後）に、大径流路８５ｅの底部にある程度水滴が溜まった場合には、当該水滴が内径徐変部８５ｖ側に溢れだし、水滴がその自重により内径徐変部８５ｖの底部を伝って流入口８５ｃ側に流れる。このため、水滴の凍結により大径流路８５ｅが閉塞されにくい。
【００８５】
また、上記説明した実施形態では、ボディー８５を樹脂で構成したが、これに限定されず、ボディー８５を例えばステンレス鋼やアルミニウムで構成しても差し支え無い。
【００８６】
また、上記説明した実施形態における弁体作動装置８４は、コイル１０１（電磁ソレノイド）によるものとしたが、これに限定されず、例えば、リニアモータ、空気圧や油圧によるアクチュエータであっても差し支え無い。
【００８７】
上記説明した実施形態では、排気排水弁１００〜４００は、流入流路８５ｄの軸線ａが水平となるように、気液分離器５４に取り付けられている。しかし、図１０に示すように、大径流路８５ｅの天井部８５ｗのオリフィス孔８５ｆ側が、天井部８５ｗの流入口８５ｃ側よりも高くなるように（流入流路８５ｄの軸線ａが略水平となるように）、排気排水弁１００〜４００が気液分離器５４に取り付けられていても差し支え無い。なお、この実施形態の場合には、流入流路８５ｄの軸線ａが水平から最大で４５°、好ましくは最大で３０°、より好ましくは最大で１０°傾斜している。この実施形態の場合には、大径流路８５ｅの天井部８５ｗは、流入口８５ｃ側のほうが低いので、パージ後に、大径流路８５ｅの天井部８５ｗに付着した水滴は、流入口８５ｃ側に流れ落ちる。仮に、段差面８５ｐに水滴が付着したとしても、上述した実施形態と同様に、水滴はその自重により段差面８５ｐを伝って下方に流れ、大径流路８５ｅの底部に達し、大径流路８５ｅの流入口８５ｃ側に流れる。このため、水滴はオリフィス孔８５ｆ内に侵入し難い。
【００８８】
上記説明した実施形態では、燃焼電池システム１に使用される燃料ガスは、水素であるが、燃料ガスはこれに限定されず、天然ガス、ＬＰＧ、灯油、ガソリン、メタノール等の化石燃料を用いても差し支え無い。この場合には、これらの化石燃料を水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成し、電池スタック６はこの改質ガスにより発電する。
【符号の説明】
【００８９】
６…電池スタック（燃料電池）
８４…弁体作動装置
８５…ボディー、 ８５ｂ…弁体収納室、 ８５ｃ…流入口
８５ｄ…流入流路、 ８５ｅ…大径流路、 ８５ｆ…オリフィス孔
８５ｇ…弁口、 ８５ｊ…排出口、 ８５ｋ…排出流路
８５ｐ…段差面、 ８５ｒ…侵入阻止部、 ８５ｓ…排水流路
８５ｖ…内径徐変部８５ｖ…天井部 ８５ｘ…段差面
８５ｙ…凹部溝
８８…整流部材、 ８８ａ…整流流路、 ８８ｂ…排出溝
９７…弁体
１００…第１実施形態の排気排水弁
２００…第２実施形態の排気排水弁
３００…第３実施形態の排気排水弁
４００…第４実施形態の排気排水弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池によって生成される水を燃料ガスとともに排出するための排気排水弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、固体高分子膜等の電解質膜を挟んでアノードとカソードが配置された構造を有し、アノードに水素を含む燃料ガスが接触し、カソードに空気などのガスを含む酸化ガスが接触することにより両電極で電気化学反応が起こり、起電力が発生する仕組みとなっている。このような燃料電池によって電力を得る燃料電池システムでは、燃料である水素の無駄な消費を無くすことが省エネルギの観点より重要である。このため、燃料電池で使用された燃料ガスのオフガスを再び燃料電池に循環させる燃料ガス循環流路を燃料電池に設けることで、オフガスを再び循環流路によって燃料電池に循環させ、オフガスに残存している水素の有効利用が図られている。
【０００３】
一方、燃料電池内では、カソードにおける化学反応により、アノード側から電解質膜を透過してきた水素イオンと酸化ガス中の酸素との反応により水が生成される。反応により生成された水の多くは酸化ガスのオフガスに含まれて大気中に放出されるが、一部の生成水は、電解質膜を通過してアノードに移動する。アノード側に移動した生成水は、燃料ガスのオフガスに含まれて燃料電池内から排出されるが、オフガスは再び燃料ガスとして燃料電池に循環されるため、燃料ガスの循環系には水が滞留していくことになる。循環系内での水の滞留は、アノードへの水素の供給が阻害されることとなり、燃料電池の発電能力の低下を招く。
【０００４】
そこで、燃料ガス循環流路に、特許文献１や特許文献２に示されるような排気排水弁を設け、所定時間毎に排気排水弁を開放させることにより、アノードに溜まった水を排出して、燃料電池の発電能力を回復させることが行われている。
【０００５】
ところで、燃料電池は氷点下以下の低温環境で使用される場合もある。このため、低温環境下においては、排気排水弁の内部に滞留した水分が凍結するおそれがあることから、排気排水弁には耐凍結性能が求められる。
【０００６】
特許文献１に示される排気排水弁では、弁体の移動方向を鉛直方向とするとともに、この弁体によって閉塞される流路の向きもまた鉛直方向とし、更に、入口側流路にあるオリフィス位置を、弁体が着座する弁座の位置よりも低くしている。このため、弁体、弁座部分、及び、弁体によって閉塞される流路に、水分を滞留させない構造とし、排気排水弁の耐凍結性能を向上させている。
【０００７】
また、特許文献２に示される排気排水弁では、弁体の移動方向を鉛直方向とするとともに、この弁体によって閉塞される流路の向きもまた鉛直方向とし、更に、弁体の頂部を、この弁体と当接する上壁に対して弾性的に当接可能な湾曲凸状の弾性部材で構成することにより、弁体によって閉塞される流路及び弁体の頂部に水分を滞留させない構造としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２６４４４２号公報（図２）
【特許文献２】特開２００９−２９９７７０号公報（図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１や特許文献２に示される排気排水弁は、弁体の移動方向や弁体によって閉塞される流路の方向が鉛直方向となるように配置されるが、排気排水弁の配置条件の制約により、流路の方向が水平方向又は略水平方向となるように、排気排水弁を配置した場合には、流路内に水分が滞留しやすく、氷点下となった場合には流路内の水が凍結してしまい、流路が閉塞されてしまう。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低温環境下においても、内部の流路が凍結により閉塞されることが抑制できる排気排水弁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】
【００１１】
上述した課題を解決するためになされた、請求項１に係る発明によると、燃料電池から排出される水分を含む燃料ガスを遮断又は開放する排気排水弁であって、外部に開口する流入口及び排出口と、中空状の弁体収納室と、流入口と弁体収納室とを連通する流入流路と、排出口と弁体収納室とを連通する排出流路とが形成されたボディーと、流入流路の弁体収納室への開口部である弁口の周囲に形成された弁座に対して進退移動し、弁座と接離可能な弁部が形成された弁体と、弁部が弁座と当接する閉塞位置と弁部が弁座から離間する開放位置との間で弁体を移動させる弁体作動装置とを備え、流入流路は、弁口側に向かって徐々に内径が小さくなる内径徐変部と、当該内径徐変部と弁体収納室とを連通し内径徐変部の最小内径より小さい内径のオリフィス孔を備え、内径徐変部とオリフィス孔との間には、オリフィス孔の形成方向と直交する方向に延在し周方向に連続する環状の面である段差面が形成されている。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１において、段差面のオリフィス孔の内径徐変部側の開口部の周囲には、筒状の侵入阻止部が段差面から流入口側に突出形成されている。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２において、流入口側から段差面側に向かって徐々に内径が小さくなる整流流路が連通形成された整流部材が、内径徐変部内に設けられ、整流流路は、オリフィス孔と同軸に形成され、整流部材の段差面側の端部と、段差面又は侵入阻止部の先端が離間して、内径徐変部内に空間である空隙室が形成され、空隙室の底部から内径徐変部の流入口側の底部に連通する排水流路が、内径徐変部と整流部材との間に形成されている。
【００１４】
請求項４に係る発明は、燃料電池から排出される水分を含む燃料ガスを遮断又は開放する排気排水弁であって、外部に開口する流入口及び排出口と、中空状の弁体収納室と、流入口と弁体収納室とを連通する流入流路と、排出口と弁体収納室とを連通する排出流路とが形成されたボディーと、流入流路の弁体収納室への開口部である弁口の周囲に形成された弁座に対して進退移動し、弁座と接離可能な弁部が形成された弁体と、弁部が弁座と当接する閉塞位置と弁部が弁座から離間する開放位置との間で弁体を移動させる弁体作動装置とを備え、流入流路は、弁口側に向かって徐々に内径が小さくなる内径徐変部と、当該内径徐変部と弁体収納室とを連通し内径徐変部の最小内径より小さい内径のオリフィス孔を備え、内径徐変部とオリフィス孔との間には、周方向に連続する環状の面である段差面が形成され、段差面のオリフィス孔の周囲には、流入口よりも弁口側に凹んだ凹部溝が形成されている。
【発明の効果】
【００１５】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、流入流路は、内径徐変部と、当該内径徐変部と弁体収納室とを連通し内径徐変部の最小内径より小さい内径のオリフィス孔を備えている。これにより、流入流路の断面積がオリフィス孔において小さくなることから、排気排水弁の開放時において、流入流路を流通する気体の流速がオリフィス孔内において増速される。このため、オリフィス孔の内周面に付着した水分が、流速が増速された気体によってパージされて除去される。この結果、オリフィス孔内に水分が残留しにくいので、氷点下以下の低温環境下であっても、流入流路内での水分の凍結に起因する流入流路内の閉塞が抑制される。
【００１６】
また、上記のように構成した請求項１に係る発明においては、流入流路には、弁口側に向かって徐々に内径が小さくなる内径徐変部が形成され、内径徐変部とオリフィス孔との間には、オリフィス孔の形成方向と直交する方向に延在し周方向に連続する環状の面である段差面が形成されている。これにより、流入流路が水平となるように排気排水弁を配設すると、仮にパージ後（掃気処理後）に、内径徐変部の天井部に水滴が残留している場合であっても、水滴はその自重により内径徐変部の天井部を伝って段差面側に流れ、段差面に達した水滴は段差面を伝って下方に流れ落ちる。このため、内径徐変部の天井部に残留した水滴が、オリフィス孔に侵入しにくい。更に、水滴が段差面の下端に達すると、水滴はその自重により内径徐変部である内径徐変部の底部を伝って流入口側に流れる。内径徐変部の流入口側は段差面側と比べて内径が大きいので、もし仮に、内径徐変部の流入口側に水滴が滞留し、この水滴が低温環境下において凍結したとしても、内径徐変部が閉塞されにくい。このように、内径徐変部及びオリフィス孔内のいずれにおいても、水分の凍結による流路の閉塞が抑制されるので、低温環境下においても、排気排水弁を使用することができる。
【００１７】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、段差面のオリフィス孔の内径徐変部側の開口部の周囲には、筒状の侵入阻止部が前記段差面から流入口側に突出形成されている。これにより、段差面のオリフィス孔の開口部の周囲が、筒状の侵入阻止部で囲まれているので、段差面を伝って下方に流れ落ちる水滴のオリフィス孔内への侵入がより抑制される。
【００１８】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、整流部材には、段差面側に向かって徐々に内径が小さくなる整流流路が連通形成されている。これにより、整流流路の断面積は、流入口側から段差面側に向かって徐々に小さくなっている。このため、排気排水弁の開放時において、整流流路を流通する気体の流速が整流流路内において徐々に増速される。そして、整流部材の段差面側の端部と、段差面又は侵入阻止部の先端が離間して、空間である空隙室が形成され、整流流路とオリフィス孔は同軸に形成されている。これにより、整流流路内で増速された気体が、空隙室を横切って、オリフィス孔内に流入する。このように、整流流路によって水素ガスの流路が徐々に縮径されるので、流入口からオリフィス孔に流通する気体の流れにおいて、淀み点（流速が０となる点）の発生が抑制される。この結果、流入流路内に残留した水滴が、整流流路内で増速された気体によってパージされる。
【００１９】
また、上記のように構成した請求項３に係る発明においては、空隙室の底部から内径徐変部の流入口側の底部に連通する排水流路が、内径徐変部と整流部材との間に形成されている。これにより、もし仮に、パージ後（掃気処理後）において、整流流路の空隙室への開口部や、オリフィス孔の空隙室への開口部に水滴が付着していたとしても、この水滴は空隙室の底部に流れ落ちる。そして、空隙室の底部に流れ落ちた水滴は、排水流路内を流通して流入口側に流れ、空隙室内に水滴が残留しにくい。このため、氷点下以下の低温環境下であっても、流入流路内での水分の凍結に起因する流入流路内の閉塞が抑制される。
【００２０】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、内径徐変部とオリフィス孔との間には、周方向に連続する環状の面である段差面が形成され、段差面のオリフィス孔の周囲には、開口部よりも弁口側に凹んだ凹部溝が形成されている。これにより、内径徐変部の天井部から段差面側に流れ落ちる水滴が、オリフィス孔の周囲に形成された凹部溝を伝って下方に流れ落ちるので、水滴のオリフィス孔内への侵入がより抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態である排気排水弁を使用した燃料電池システムの概要図である。
【図２】第１実施形態の排気排水弁の断面図である。
【図３】図２のＡ部拡大断面図である。
【図４】第１実施形態の排気排水弁の内径徐変部とオリフィス孔との連通部分を表した図であり、第１実施形態の排気排水弁の作用を表した説明図である。
【図５】第２実施形態の排気排水弁の要部拡大断面図である。
【図６】第２実施形態の排気排水弁の内径徐変部とオリフィス孔との連通部分を表した図であり、第２実施形態の排気排水弁の作用を表した説明図である。
【図７】第３実施形態の排気排水弁の要部拡大断面図である。
【図８】気液分離器に取り付けられた状態の第４実施形態の排気排水弁の断面図である。
【図９】第２実施形態の別例であり、内径徐変部が大径流路の一部に形成されている実施形態の排気排水弁の要部拡大断面図である。
【図１０】排気排水弁を略水平に配設した状態の排気排水弁の要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（燃料電池システムの説明）
以下に、図１を用いて、本発明の一実施形態による排気排水弁１００が用いられる燃料電池システム１について説明する。本発明の排気排水弁１００は、後述する電池スタック６（燃料電池）の燃料ガス排出口６３から排出された水分を含む水素等の燃料ガスが、燃料ガスを希釈する排出ガス希釈器５６（希釈装置）側に流出するのを遮断或いは許容（開放）するものである。図１に示すように、燃料電池システム１は、酸素系２、燃料系５、電池スタック６、動力系７、冷却系８および制御装置９を有している。
【００２３】
電池スタック６は、これに限定されるべきものではないが、複数の固体高分子型の単セルが積層されることで形成されている。複数の単セルは電気的に直列に接続されており、各々の単セルは電解質膜と、これを挟むアノード極およびカソード極（いずれも図示せず）を含んでいる。また、単セルのアノードセパレータ（図示せず）には、アノード極に対して水素ガスを供給するためのアノード流路６１が形成されており、カソードセパレータ（図示せず）には、カソード極に対して空気を供給するためのカソード流路６２が形成されている。
【００２４】
酸素系２は酸素系供給配管２１ａを備えており、酸素系供給配管２１ａは電池スタック６内のカソード流路６２の一端と接続されている。酸素系供給配管２１ａ上には、電池スタック６に向けて順に、エアフィルタ２２、エアコンプレッサ２３、インタークーラ２４および三方弁３が設けられている。
【００２５】
カソード流路６２の他端には、酸素系排出配管２１ｂの一端が接続されており、酸素系排出配管２１ｂ上には、２ポートの流体制御弁であるエア調圧弁４が設けられている。また、上述した三方弁３は、３ポートの流体制御弁であって、バイパス配管２１ｃの一端が接続されており、バイパス配管２１ｃの他端は、酸素系排出配管２１ｂのエア調圧弁４よりも下流側部位（電池スタック６が接続されていない側）に接続されている。
【００２６】
一方、燃料系５は、燃料系供給配管５１ａの一端に水素タンク５２が接続されており、燃料系供給配管５１ａ上には調圧弁５３が設けられている。燃料系供給配管５１ａの他端は、電池スタック６内のアノード流路６１の一端と接続されている。アノード流路６１の他端には、燃料系排出配管５１ｂが接続されており、燃料系排出配管５１ｂ上には、電池スタック６に近い側から順に、気液分離器５４、排気排水弁１００および排出ガス希釈器５６が形成されている。排出ガス希釈器５６には、上述した酸素系排出配管２１ｂの他端が接続されている。
【００２７】
また、気液分離器５４は燃料系循環路５１ｃを介して、燃料系供給配管５１ａ上の調圧弁５３とアノード流路６１との接続部との間の部位に接続されている。燃料系循環路５１ｃ上には循環ポンプ５７が設けられており、気液分離器５４からアノード流路６１に向けて水素ガスを循環させている。
【００２８】
動力系７は、車両を走行させるための電動モータ７１を備えている。電動モータ７１は、電池スタック６の正極および負極と接続されており、電池スタック６の発電によって駆動される。
また、冷却系８は、冷却ポンプ８１を備え、電池スタック６内に冷却水を循環させて電池スタック６を冷却している。
制御装置９は、エアコンプレッサ２３、三方弁３、エア調圧弁４、調圧弁５３、排気排水弁１００、循環ポンプ５７、及び、冷却ポンプ８１と電気的に接続されている。制御装置９は車両の走行状態に応じて算出された電池スタック６の必要な発電量に基づき、これらの各構成要素の作動を制御している。
【００２９】
上述した構成により、車両が起動すると、制御装置９は、エアコンプレッサ２３を作動させて、カソード流路６２へ空気を供給するとともに、調圧弁５３および循環ポンプ５７を作動させて、アノード流路６１へ水素ガスを供給し、電池スタック６において発電を行う。
【００３０】
酸素系２において、エアフィルタ２２を介して吸引された酸素を含んだ空気は、エアコンプレッサ２３において圧縮された後、インタークーラ２４によって冷却される。三方弁３は、電池スタック６の発電量に応じてバルブ部材の位置を変位させ、インタークーラ２４から供給された空気を分流してバイパス配管２１ｃへ逃すことにより、電池スタック６への空気の流量を制御している。
【００３１】
また、エア調圧弁４は、その開度を調整し電池スタック６内に残存した空気の排出量を調整することにより、電池スタック６内の圧力を制御している。
【００３２】
なお、燃料電池システム１の運転に伴い、電池スタック６のアノード極で水が生成される。すると、燃料系循環路５１ｃを循環する水素ガスに、水蒸気や水（本明細書では液体状の水を単に水という）が含有するようになる。電池スタック６のアノード極に水が付着すると、アノード極への水素ガスの供給が阻害され、電池スタック６での発電が不安定となる場合がある。
【００３３】
そこで、燃料系循環路５１ｃの途中に、電池スタック６の燃料ガス排出口６３に連通する気液分離器５４を設けている。そして、燃料系循環路５１ｃを循環する水素ガスを、気液分離器５４に通して、水素ガスと水を分離することにしている。なお、気液分離器５４において水素ガスから分離された水は、気液分離器５４の底部に滞留する。
【００３４】
排気排水弁１００は、気液分離器５４の底部に連通するように、気液分離器５４に取り付けられている。気液分離器５４内は、３００kPa程度となっており、排気排水弁１００より下流の圧力よりも高くなっている。このため、排気排水弁１００を開放させると、気液分離器５４において分離された水は、水素ガスとともに、排出ガス希釈器５６に排出される。そして、水蒸気や水を含む水素ガスは、排出ガス希釈器５６において、酸素系排出配管２１ｂから供給された空気により希釈化された後、外部へと放出される。
【００３５】
本実施形態では、燃料電池システム１の運転中に、気液分離器５４の底部に所定の水が滞留する所定時間（例えば数分）毎に、排気排水弁１００を所定の短時間（数秒）だけ開放させることにより、水素ガスをなるべく無駄に外部に放出することなく、気液分離器５４の底部に滞留した水を外部に排出することにしている。
【００３６】
なお、燃料電池システム１の停止時には、気液分離器５４の底部に滞留した水が完全に排出された後も、排気排水弁１００の開放状態を所定時間（数秒）維持することにより、排気排水弁１００内の水分を水素ガスでパージする掃気処理を行うことにしている。
【００３７】
（第１実施形態の排気排水弁）
次に、図２及び図３を用いて、第１実施形態の排気排水弁１００の構造について説明する。排気排水弁１００は、弁ケーシング８２、弁機構８３、及び、弁機構８３を駆動させる弁体作動装置８４を備えている。弁ケーシング８２は、ボディー８５とカバー８６とを有している。
【００３８】
ボディー８５は、例えばガラス繊維でフィラー強化されたポリフェニレンスルファイド樹脂製である。ボディー８５は、ブロック形状である。本実施形態では、ボディー８５の基部には、径方向外側に向かって延設されたフランジ部８５ａが形成されている。フランジ部８５ａが、気液分離器５４の筐体に例えばボルトにより固定されることにより、排気排水弁１００が気液分離器５４に取り付けられている。
【００３９】
ボディー８５の基端面には、この基端面に開口する中空状の空間である弁体収納室８５ｂが凹陥形成されている。ボディー８５には、外部に開口する流入口８５ｃが形成されている。流入口８５ｃは気液分離器５４の内部に連通している。気液分離器５４から排出される水を含む水素ガスが、流入口８５ｃから排気排水弁１００内の流路に流入するようになっている。ボディー８５には、流入口８５ｃと弁体収納室８５ｂを連通する流入流路８５ｄが形成されている。後で詳細に説明するように、本発明では、流入流路８５ｄは、流入口８５ｃ側に形成された大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）と、この大径流路８５ｅと弁体収納室８５ｂを連通するオリフィス孔８５ｆとから構成されている。
【００４０】
オリフィス孔８５ｆは、弁体収納室８５ｂの底部の中央部に開口している。図３に示すように、オリフィス孔８５ｆの弁体収納室８５ｂ底部への開口部は、弁口８５ｇとなっている。そして、弁体収納室８５ｂ底部の弁口８５ｇの周囲には、オリフィス孔８５ｆの形成方向（軸線方向）と直交する平面である弁座８５ｈが形成されている。本実施形態では、弁体収納室８５ｂ底部からオリフィス孔８５ｆの形成方向に円錐台状に突出する弁座部８５ｉが形成されている。この弁座部８５ｉの頂部に、オリフィス孔８５ｆが開口するとともに、所定の幅を有する円環状の弁座８５ｈが形成されている。
【００４１】
図２に戻って説明する。ボディー８５には、外部に開口する排出口８５ｊが形成されている。排出口８５ｊは、排出ガス希釈器５６に連通している。ボディー８５には、排出口８５ｊと弁体収納室８５ｂを連通する排出流路８５ｋが形成されている。ボディー８５基端面の弁体収納室８５ｂの周囲には、円環状に凹陥した固定溝８５ｍが凹陥形成されている。
【００４２】
フランジ部８５ａには気液分離器５４に取付けるための取付穴（図示せず）と、後述する支持板１０３を組付けるための組付穴８５ｎが形成されている。取付穴及び組付穴８５ｎの周囲には金属製の雌ねじ部材が埋設されている。
【００４３】
カバー８６は、例えばナイロン系樹脂製で、円筒状の円筒部８６ａが形成されるとともに、円筒部８６ａの先端部にはコネクタを構成するコネクタ部８６ｂがカバー８６の長手方向に対して直角に突設されている。コネクタ部８６ｂには後述するコイル１０１に接続された端子８６ｃが設けられるとともに、図略のソケットに着脱可能に係止する係止爪８６ｄが形成されている。カバー材の先端部にはコネクタ支持部の取付方向に対して直角な方向に後述する支持帯体１０４が嵌入するガイド溝８６ｅが形成されている。
【００４４】
弁機構８３は、弁体９７と、弁軸としてのプランジャー９８と、上述の弁口８５ｇとから主に構成されている。
【００４５】
弁体９７は、ゴムや軟質樹脂等の可撓材料で構成されている。弁体９７は、弁部９７ａと、この弁部９７ａから径方向外側に向かって延設された膜状のダイヤフラム部９７ｂと、弁部９７ａの裏側に形成された固着部９７ｃとから構成されたダイヤフラム弁である。弁体９７は、弁体収納室８５ｂに収納されている。弁部９７ａは、所定の肉厚を有し、弁座８５ｈ（弁口８５ｇ）に対して進退移動し、弁座８５ｈ（弁口８５ｇ）と接離可能となっている。
【００４６】
ダイヤフラム部９７ｂの周縁は上述の固定溝８５ｍに嵌合固定され、これらの弁部９７ａ及びダイヤフラム部９７ｂによって、弁体収納室８５ｂが外気に対して気密状態で隔離されている。これにより、オリフィス孔８５ｆの弁体収納室８５ｂへの開口部及び排出流路８５ｋの弁体収納室８５ｂへの開口部が外気に対して気密状態で隔離されている。
【００４７】
プランジャー９８は、例えば鉄系材料（例えばフェライト系ステンレス等の電磁ステンレス）等の磁性体で構成されている。プランジャー９８は、断面円形状を含む円柱形状であり、その弁体９７側の端部には、被固着部９８ａが形成されている。被固着部９８ａには、弁体９７の固着部９７ｃが固着されている。言い換えると、プランジャー９８は、弁体９７に固定され弁部９７ａと直角な軸線方向に延設されている。プランジャー９８において弁体９７とは反対側の端部には、有底のばね収納穴９８ｂがプランジャー９８の軸方向に沿って穿設されている。プランジャー９８は弁体作動装置８４の可動子としての役割を担う。
【００４８】
弁体作動装置８４は、上述のプランジャー９８、プランジャー９８をガイドするスリーブ９９、コア部材１０６、コイル１０１、ヨーク部材等から構成される。弁体作動装置８４は、弁部９７ａが弁座８５ｈと当接する閉塞位置と、弁部９７ａが弁座８５ｈから離間する開放位置との間で弁体９７を移動させるものである。
【００４９】
スリーブ９９は、例えば非磁性体であるオーステナイト系ステンレス鋼製で、有底円筒状のガイド部９９ａとガイド部９９ａの開口端部にガイド部９９ａの軸方向に対して直角な半径方向に延在する取付フランジ部９９ｂとから構成されている。取付フランジ部９９ｂは、弁体収納室８５ｂの周縁に弁体９７のダイヤフラム部９７ｂを介して密着するように設けられる。ガイド部９９ａには弁体９７が固着されたプランジャー９８が摺動可能に設けられ、弁体９７の弁部９７ａが弁座８５ｈに対して接離するようになっている。また、前記ばね収納穴９８ｂに圧縮されて収納されたスプリング１０２の先端部がスリーブ９９の底部分に当接するとともに、スプリング１０２の基端部がばね収納穴９８ｂの底部分に当接することで、プランジャー９８及び弁体９７を弁座８５ｈに向かって付勢している。
【００５０】
スリーブ９９は、支持板１０３を介して例えばボルトによりボディー８５に固定されている。支持板１０３は、例えば磁性体であるフェライト系ステンレス等の電磁ステンレス鋼製で、後述する支持帯体１０４を支持する支持穴（図示せず）と支持板１０３をボディー８５に組付ける組付穴１０３ｂとスリーブ９９のガイド部９９ａが貫通する貫通穴１０３ｃとが設けられている。
【００５１】
コイル１０１はボビン１０５に巻回され、ボビン１０５には挿入穴１０５ａが貫設されている。コイル１０１のプラス極及びマイナス極の端部は、端子８６ｃを介して、図略の電源に接続され、制御装置９の指令によって駆動電流が印加される。コイル１０１及びボビン１０５は前記カバー８６の内周壁部に一体成型により配設されている。ボビン１０５の挿入穴１０５ａには一端（弁体９７）側よりスリーブ９９のガイド部９９ａが挿入され、ボビン１０５の挿入穴１０５ａの他端側より円柱状のコア部材１０６が挿入されている。
【００５２】
コア部材１０６は、例えば磁性体であるフェライト系ステンレス等の電磁ステンレス鋼製で、挿入された先端部がスリーブ９９の底部分に当接する。コア部材１０６の基端部側には係止フランジ１０６ａが設けられ、ボビン１０５の挿入穴１０５ａの一端縁（弁体の反対側）に係止される。
【００５３】
支持帯体１０４は、例えば磁性体であるフェライト系ステンレス等の電磁ステンレス鋼製で、両側が直角に屈曲された中央部分には、コア部材１０６の基端部が嵌入する嵌入穴１０４ａが形成されている。支持帯体１０４の中央部分から直角に屈曲されて延在する二つの先端部には、前記支持板１０３の支持穴（図示せず）に係合する係合爪（図示せず）が形成されている。支持帯体１０４は、その基部が前記カバー８６のガイド溝８６ｅに嵌合するとともに、その係合爪が支持板１０３の支持穴に係合することで、カバー８６及びコア部材１０６をボディー８５に固定している。なお、支持板１０３及び支持帯体１０４は、磁力線が漏れるのを防ぐヨークとしての役目を担っている。
【００５４】
次に、上記のように構成された排気排水弁１００の作動について図に基づいて以下に説明する。スプリング１０２によって弁座８５ｈ方向にプランジャー９８及び弁体９７が付勢されている。このため、コイル１０１に駆動電流が印加されていない状態では、図２に示すように、スプリング１０２の付勢力によって、弁体９７は、弁部９７ａが弁座８５ｈに当接して密着した閉塞位置に移動されている。この状態では、弁部９７ａが弁口８５ｇを閉塞しているので、流入流路８５ｄから排出流路８５ｋに流体が流通しない。
【００５５】
制御装置９（図１に示す）の指令により、コイル１０１に駆動電流が印加されると、コア部材１０６にプランジャー９８を吸着する方向の磁力が発生する。これによりプランジャー９８が、スプリング１０２の付勢力に抗しながらスリーブ９９内を移動してコア部材１０６側に吸着される。これにより弁体９７が、弁座８５ｈ（弁口８５ｇ）より離間した開放位置に移動される。すると、水を含む水素ガスが、気液分離器５４から流入口８５ｃに流入し、流入流路８５ｄ、オリフィス孔８５ｆ、弁体収納室８５ｂ、排出流路８５ｋの順に流れ、排出口８５ｊから排出ガス希釈器５６に排出される。燃料電池システム１の停止時には、気液分離器５４の底部に滞留した水を完全に排出した後も、排気排水弁１００の開放状態を所定時間（数秒）維持することにより、水素ガスが、気液分離器５４から流入口８５ｃに流入し、流入流路８５ｄ、オリフィス孔８５ｆ、弁体収納室８５ｂ、排出流路８５ｋの順に流れ、排気排水弁１００内の流路に残留した水が、水素ガスによってパージされ、排出口８５ｊから排出ガス希釈器５６に排出される。
【００５６】
次に、図３を用いて、本発明の要部について説明する。大径流路８５ｅは、その少なくとも一部に、流入口８５ｃから弁口８５ｇ側に向かって徐々に内径が小さくなる内径徐変部８５ｖが形成されている。本実施形態では、内径徐変部８５ｖは、流入口８５ｃからオリフィス孔８５ｆとの連通部まで形成されていて、内径徐変部８５ｖの大径流路８５ｅの軸線ａに対する傾斜角は１５°となっている。
【００５７】
オリフィス孔８５ｆは、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）と同軸に形成されている。オリフィス孔８５ｆの内径は、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）の最小内径よりも小さくなっている。言い換えると、オリフィス孔８５ｆの内径は、大径流路８５ｅのオリフィス孔８５ｆとの連通部分の内径よりも小さくなっている。つまり、オリフィス孔８５ｆの断面積は、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）のオリフィス孔８５ｆとの連通部分の断面積よりも小さくなっている。本実施形態では、大径流路８５ｅのオリフィス孔８５ｆとの連通部分の内径は、３．４ｍｍ、オリフィス孔８５ｆの内径は、１．７ｍｍとなっている。
【００５８】
大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）とオリフィス孔８５ｆとの間には、段差面８５ｐが形成されている。段差面８５ｐは、オリフィス孔８５ｆの形成方向（流入流路８５ｄの軸線ａ方向）と直交する方向に延在する面であり、周方向に連続する円環状の面である。なお、ここでいう”直交”とは、オリフィス孔８５ｆの形成方向（軸線方向）となす角度が、９０°±１０°、好ましくは、９０°±５°となる角度のことをいう。なお、段差面８５ｐの幅の下限は、０．５ｍｍであり、好ましくは、１ｍｍ、より好ましくは、１．７ｍｍである。また、段差面８５ｐの幅の上限は、１０ｍｍであり、好ましくは、５ｍｍ、より好ましくは、３ｍｍである。
【００５９】
次に、図３及び図４を用いて、第１実施形態の排気排水弁１００の作用について説明する。本実施形態では、図２に示すように、排気排水弁１００は、流入流路８５ｄが水平（流入流路８５ｄの軸線ａが水平）となるように、気液分離器５４に取り付けられている。上述したように、水分の排気排水弁１００内での残留を抑制するために、気液分離器５４の底部に滞留した水が完全に排出された後も、排気排水弁１００の開放状態を所定時間（数秒）維持し、排気排水弁１００内の水分を水素ガスでパージ（掃気処理）を行うことにしている。なお、排気排水弁１００内に滞留する水分は、気液分離器５４により水素ガスから分離された水分のみならず、気液分離器５４内に滞留する水蒸気が排気排水弁１００内において結露した水分も含まれる。
【００６０】
本発明では、弁口８５ｇに開口するオリフィス孔８５ｆの内径は、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）の最小内径よりも小さくなっている。このため、水素ガスでのバージ時において、大径流路８５ｅに流入した水素ガスがオリフィス孔８５ｆに流入すると、水素ガスの流路の断面積がオリフィス孔８５ｆにおいて小さくなることから、オリフィス孔８５ｆを流通する水素ガスの流速が増速される。このため、オリフィス孔８５ｆの内周面に付着した水分が、高速の水素ガスでパージされて除去される。上記のように、流入口８５ｃからオリフィス孔８５ｆ側に向かって徐々に縮径する内径徐変部８５ｖが大径流路８５ｅに形成されているので、大径流路８５ｅを流通する水素ガスの圧損による圧力低下が抑制される。
【００６１】
上述のように、大径流路８５ｅには段差面８５ｐ側に向かって徐々に内径が小さくなる内径徐変部８５ｖが形成されていて、大径流路８５ｅの天井部８５ｗは、流入口８５ｃ側よりも段差面８５ｐ側の方が低くなっている。このため、もし仮に水素ガスでのパージ後（掃気処理後）において、図４の（１）に示すように、大径流路８５ｅの天井部８５ｗに水滴９９９が残留していた場合には、水滴９９９はその自重により大径流路８５ｅの天井部８５ｗを伝って段差面８５ｐ側に流れる（図４の（２））。そして、水滴９９９が段差面８５ｐに達すると（図４の（３））、水滴９９９はその自重により段差面８５ｐを伝って下方に流れ落ちる。（図４の（４））。上述のように、大径流路８５ｅには、内径徐変部８５ｖが形成されていることから、大径流路８５ｅの底部は、段差面８５ｐ側よりも流入口８５ｃ側の方が低くなっている。このため、水滴９９９が段差面８５ｐの下端に達すると（図４の（５））、水滴９９９はその自重により大径流路８５ｅの底部を伝って流入口８５ｃ側に流れる（図４の（６））。
【００６２】
段差面８５ｐを伝う水滴９９９には、界面張力が作用している。つまり、水滴９９９には、それ自身の水分子によって内側に引っ張られる力（ファンデルワールス力）が作用し、水滴９９９自身の表面積が小さくなるような力が、水滴９９９に作用する。このため、段差面８５ｐを伝う水滴９９９は、界面張力により集合し、段差面８５ｐを優先的に伝うので、オリフィス孔８５ｆ内に侵入し難い。
【００６３】
大径流路８５ｅの流入口８５ｃ側の内径は、ある程度大きい（６ｍｍ）ので、もし仮に大径流路８５ｅの流入口８５ｃ側に水滴９９９が滞留し、この水滴９９９が低温環境下において凍結したとしても、大径流路８５ｅの閉塞を抑制できる。
【００６４】
（第２実施形態の排気排水弁）
次に、図５及び図６を用いて、第２実施形態の排気排水弁２００について、上記説明した第１実施形態の排気排水弁１００と異なる点について説明する。なお、同一部材については同一の符号を付して、その記載を省略する。
【００６５】
図５や図６に示すように、第２実施形態の排気排水弁２００では、段差面８５ｐのオリフィス孔８５ｆの開口部の周囲には、段差面８５ｐから直交する流入口８５ｃ側方向（オリフィス孔８５ｆの形成方向）に円筒状の侵入阻止部８５ｒが突出形成されている。言い換えると、内径徐変部８５ｖとオリフィス孔８５ｆとの間の段差面８５ｘ（上述の段差面８５ｐと同じ）のオリフィス孔８５ｆの開口部の周囲には、流入口８５ｃよりも弁口８５ｇ側に凹んだ凹部溝８５ｙが形成されている。なお、凹部溝８５ｙは、周方向に連続する円環状に凹陥した形状であっても、円弧状に凹陥した形状であっても差し支え無い。なお、凹部溝８５ｙが、円弧状に凹陥した形状である場合には、凹部溝８５ｙは、少なくとも、オリフィス孔８５ｆの軸心よりも上側に形成されている。
【００６６】
次に、図６を用いて、第２実施形態の排気排水弁２００の作用について説明する。もし仮に水素ガスでのパージ後（掃気処理後）において、図６の（１）に示すように、大径流路８５ｅの天井部８５ｗに水滴９９９が残留した場合には、水滴９９９はその自重により大径流路８５ｅの天井部８５ｗを伝って段差面８５ｐ側に流れる（図６の（２））。そして、水滴９９９が段差面８５ｐに達すると（図６の（３））、水滴９９９はその自重により侵入阻止部８５ｒの周囲の段差面８５ｐ（凹部溝８５ｙ）を伝って大径流路８５ｅの底部に流れ落ちる（図６の（４））。第２実施形態では、段差面８５ｐのオリフィス孔８５ｆの開口部の周囲が、筒状の侵入阻止部８５ｒで囲まれているので、段差面８５ｐを伝って下方に流れ落ちる水滴９９９のオリフィス孔８５ｆ内への侵入がより抑制される。水滴９９９が段差面８５ｐの下端に達すると（図６の（５））、水滴９９９はその自重により大径流路８５ｅの底部を伝って流入口８５ｃ側に流れる（図６の（６））。
【００６７】
（第３実施形態の排気排水弁）
次に、図７を用いて、第３実施形態の排気排水弁３００について、上記説明した第２実施形態の排気排水弁２００と異なる点について説明する。なお、同一部材については同一の符号を付して、その記載を省略する。
【００６８】
図７に示されるように、第３実施形態の排気排水弁３００では、大径流路８５ｅ内に整流部材８８が設けられている。整流部材８８は管状の部材であり、その外周面は、大径流路８５ｅの内周面に対応した形状となっていて、大径流路８５ｅの内周面に密着している。整流部材８８の段差面８５ｐ側の端部は、侵入阻止部８５ｒの頂部と所定寸法（数ｍｍ）離間している。このため、整流部材８８の段差面８５ｐ側の端部と侵入阻止部８５ｒの先端との間の大径流路８５ｅには、空間である空隙室８５ｔが形成されている。整流部材８８には、流入口８５ｃ側の端部から段差面８５ｐの端部に向かって徐々に内径が小さくなる整流流路８８ａが連通形成されている。言い換えると、整流流路８８ａの断面積は、段差面８５ｐ側に向かって徐々に小さくなっている。整流流路８８ａの段差面８５ｐ側の開口部の内径は、オリフィス孔８５ｆの内径と殆ど同一となっている。整流流路８８ａとオリフィス孔８５ｆは同軸に形成されている。言い換えると、整流流路８８ａの段差面８５ｐ側の開口部と、オリフィス孔８５ｆの入口側の開口部とは同軸となっている。
【００６９】
整流部材８８の外周面の下端には、整流部材８８の軸線方向に沿って、排出溝８８ｂが形成されている。このため、空隙室８５ｔの底部から大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）の流入口８５ｃ側の底部に連通する排水流路８５ｓが、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）と整流部材８８との間に形成されている。なお、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）の底部に、軸線方向に沿って、排出溝を形成することにより、排水流路８５ｓを、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）と整流部材８８との間に形成することにしても差し支え無い。
【００７０】
次に、第３実施形態の排気排水弁３００の作用について説明する。上述したように、整流流路８８ａの断面積は、流入口８５ｃ側から段差面８５ｐ側に向かって徐々に小さくなっている。このため、水素ガスでのパージ時において、大径流路８５ｅに流入する水素ガスは、整流部材８８の整流流路８８ａ内を流通する際に、徐々に流速が早くなる。
【００７１】
上述したように、整流流路８８ａの段差面８５ｐ側の開口部の内径は、オリフィス孔８５ｆの内径と殆ど同一となっていて、整流流路８８ａとオリフィス孔８５ｆは同軸に形成されている。これにより、整流流路８８ａ内で増速された高速の水素ガスが、空隙室８５ｔを横切って、オリフィス孔８５ｆ内に流入する。このように、整流流路８８ａによって水素ガスの流路が徐々に縮径されるので、流入口８５ｃからオリフィス孔８５ｆに流通する水素ガスの流れにおいて、淀み点（流速が０となる点）の発生が抑制される。このため、大径流路８５ｅ内に残留する水滴水素ガスによってパージされ、排出口８５ｊから排出される。上述したように、整流流路８８ａとオリフィス孔８５ｆは同軸に形成されているので、パージ時に、流入口８５ｃからオリフィス孔８５ｆに流通する水素ガスの圧損や気流音が低減される。
【００７２】
本実施形態では、大径流路８５ｅが徐々に縮径して、オリフィス孔８５ｆに連通しているのでは無く、徐々に縮径する整流流路８８ａとオリフィス孔８５ｆとの間には、空隙室８５ｔが形成されている。このため、もし仮に、パージ後（掃気処理後）において、整流流路８８ａ内に水滴が付着していた場合には、この水滴はその自重によって整流流路８８ａの底部を伝って、流入口８５ｃ側に流れ落ちる。一方で、整流流路８８ａの空隙室８５ｔへの開口部や、オリフィス孔８５ｆの空隙室８５ｔへの開口部に水滴が付着していた場合には、この水滴は空隙室８５ｔの底部に流れ落ちる。そして、空隙室８５ｔの底部に流れ落ちた水滴は、排水流路８５ｓ内を流通して流入口８５ｃ側に流れ、空隙室８５ｔ内に水滴が残留しにくい。このため、氷点下以下の低温環境下であっても、流入流路８５ｄ内での水分の凍結に起因する流入流路８５ｄ内の閉塞が抑制される。また、もし仮に、パージ後に空隙室８５ｔの天井部８５ｗに水滴が残留したとしても、水滴は侵入阻止部８５ｒの周囲の段差面８５ｐを伝って大径流路８５ｅの底部に流れ落ちるため、水滴がオリフィス孔８５ｆ内に侵入しにくい。そして、大径流路８５ｅの底部に流れ落ちた水滴は、その自重により、排水流路８５ｓ内を流通して流入口８５ｃ側に流れ、空隙室８５ｔ内に水滴が残留しにくい。
【００７３】
なお、第１実施形態の排気排水弁１００の大径流路８５ｅ内に、整流部材８８を設けても差し支え無い。この実施形態の場合には、整流部材８８の段差面８５ｐ側の端部と、段差面８５ｐとは所定寸法（数ｍｍ）離間している。
【００７４】
（第４実施形態の排気排水弁）
次に、図８を用いて、第４実施形態の排気排水弁４００について、上記説明した第１実施形態の排気排水弁１００と異なる点について説明する。なお、同一部材については同一の符号を付して、その記載を省略する。
【００７５】
図８に示すように、第４実施形態の排気排水弁４００では、ボディー８５には、流入流路８５ｄの周囲に排出流路８５ｋが形成されている。言い換えると、流入流路８５ｄと排出流路８５ｋ間には、隔壁８５ｕが形成されている。
【００７６】
気液分離器５４には、ボディー８５の外形に対応した形状であり、気液分離器５４の内部５４ａに連通する取付部５４ｂが形成されている。そして、取付部５４ｂにボディー８５が挿入されて、排気排水弁４００が気液分離器５４に取り付けられている。ボディー８５の先端部と基部の外周面にはそれぞれＯリング１１１、１１２が取り付けられている。Ｏリング１１１、１１２は、気液分離器５４の取付部５４ｂの内周面に当接し、ボディー８５の外周面と取付部５４ｂの内周面間をシールしている。
【００７７】
上述したように、気液分離器５４の内部５４ａは排気排水弁１００より下流の圧力よりも高くなっている。第４実施形態の排気排水弁４００では、万一隔壁８５ｕに亀裂等が生じて水素ガスが漏れ出した場合でも、流入流路８５ｄは排出流路８５ｋに包囲されているので、隔壁８５ｕの亀裂等から漏れる水素ガスは、排出流路８５ｋに流れ出すこととなる。ボディー８５の外周面と取付部５４ｂの内周面間は、Ｏリング１１１、１１２によってシールされているので、排出流路８５ｋに流れ出した高圧の水素ガスは、排気排水弁４００の外部に直接漏洩することを抑制でき、排出口８５ｊから排出ガス希釈器５６に排出され、この排出ガス希釈器５６において、酸素系排出配管２１ｂから供給された空気により希釈化された後、外部へと放出される。
【００７８】
上述した実施形態によれば、図３や図４に示すように、流入流路８５ｄは、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）と、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）と弁体収納室８５ｂとを連通し大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）の最小内径より小さい内径のオリフィス孔８５ｆを備えている。これにより、流入流路８５ｄの断面積がオリフィス孔８５ｆにおいて小さくなることから、排気排水弁１００の開放時において、流入流路８５ｄを流通する気体の流速がオリフィス孔８５ｆ内において増速される。このため、オリフィス孔８５ｆの内周面に付着した水分が、流速が増速された気体によってパージされて除去される。この結果、オリフィス孔８５ｆ内に水分が残留しにくいので、氷点下以下の低温環境下であっても、流入流路８５ｄ内での水分の凍結に起因する流入流路８５ｄ内の閉塞が抑制される。
【００７９】
また、上述した実施形態によれば、図３や図４に示すように、大径流路８５ｅには、弁口８５ｇ側に向かって徐々に内径が小さくなる内径徐変部８５ｖが形成され、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）とオリフィス孔８５ｆとの間には、オリフィス孔８５ｆの形成方向と直交する方向に延在し周方向に連続する環状の面である段差面８５ｐが形成されている。これにより、流入流路８５ｄが水平となるように排気排水弁１００を配設すると、仮にパージ後（掃気処理後）に、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）の天井部８５ｗに水滴９９９が残留している場合であっても（図４の（１））、水滴９９９はその自重により内径徐変部８５ｖである大径流路８５ｅの天井部８５ｗを伝って段差面８５ｐ側に流れ（図４の（２））、段差面８５ｐに達した水滴９９９（図４の（３））は、段差面８５ｐを伝って下方に流れ落ちる（図４の（４））。このため、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）の天井部８５ｗに残留した水滴９９９が、オリフィス孔８５ｆに侵入しにくい。更に、水滴９９９が段差面８５ｐの下端に達すると（図４の（５））、水滴９９９はその自重により内径徐変部８５ｖである大径流路８５ｅの底部を伝って流入口８５ｃ側に流れる。大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）の流入口８５ｃ側は段差面８５ｐ側と比べて内径が大きいので、もし仮に、大径流路８５ｅの流入口８５ｃ側に水滴９９９が滞留し、この水滴９９９が低温環境下において凍結したとしても、大径流路８５ｅが閉塞されにくい。このように、大径流路８５ｅ及びオリフィス孔８５ｆ内のいずれにおいても、水滴９９９の凍結による流路の閉塞が抑制されるので、低温環境下においても、排気排水弁１００を使用して、燃料電池システム１を始動させることができる。
【００８０】
また、上述した実施形態によれば、図５や図６に示すように、段差面８５ｐのオリフィス孔８５ｆの開口部の周囲には、筒状の侵入阻止部８５ｒが段差面８５ｐと直交する方向に突出形成されている。これにより、段差面８５ｐのオリフィス孔８５ｆの開口部の周囲が、筒状の侵入阻止部８５ｒで囲まれているので、図６の（４）に示すように、段差面８５ｐを伝って下方に流れ落ちる水滴９９９のオリフィス孔８５ｆ内への侵入がより抑制される。
【００８１】
また、上述した実施形態によれば、図７に示すように、整流部材８８には、段差面８５ｐ側に向かって徐々に内径が小さくなる整流流路８８ａが連通形成されている。これにより、整流流路８８ａの断面積は、流入口８５ｃ側から段差面８５ｐ側に向かって徐々に小さくなっている。このため、排気排水弁３００の開放時において、整流流路８８ａを流通する気体の流速が整流流路８８ａ内において徐々に増速される。そして、整流部材８８の段差面８５ｐ側の端部と、侵入阻止部８５ｒの先端が離間して、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）内に空間である空隙室８５ｔが形成され、整流流路８８ａとオリフィス孔８５ｆは同軸に形成されている。これにより、整流流路８８ａ内で増速された気体が、空隙室８５ｔを横切って、オリフィス孔８５ｆ内に流入する。このように、整流流路８８ａによって水素ガスの流路が徐々に縮径されるので、流入口８５ｃからオリフィス孔８５ｆに流通する気体の流れにおいて、淀み点（流速が０となる点）の発生が抑制される。この結果、大径流路８５ｅ内やオリフィス孔８５ｆ内に残留した水滴が、整流流路８８ａ内で増速された気体によってパージされる。
【００８２】
また、上述した実施形態によれば、図７に示すように、空隙室８５ｔの底部から大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）の流入口８５ｃ側の底部に連通する排水流路８５ｓが、大径流路８５ｅ（内径徐変部８５ｖ）と整流部材８８との間に形成されている。これにより、もし仮に、パージ後（掃気処理後）において、整流流路８８ａの空隙室８５ｔへの開口部や、オリフィス孔８５ｆの空隙室８５ｔへの開口部に水滴が付着していたとしても、この水滴は空隙室８５ｔの底部に流れ落ちる。そして、空隙室８５ｔの底部に流れ落ちた水滴は、排水流路８５ｓ内を流通して流入口８５ｃ側に流れ、空隙室８５ｔ内に水滴が残留しにくい。このため、氷点下以下の低温環境下であっても、流入流路８５ｄ内での水分の凍結に起因する流入流路８５ｄ内の閉塞が抑制される。
【００８３】
また、上述した実施形態によれば、図５に示すように、内径徐変部８５ｖとオリフィス孔８５ｆとの間には、周方向に連続する環状の面である段差面８５ｘが形成され、段差面８５ｘのオリフィス孔８５ｆの周囲には、流入口８５ｃよりも弁口８５ｇ側に凹んだ凹部溝８５ｙが形成されている。これにより、内径徐変部８５ｖの天井部８５ｗから段差面８５ｘ側に流れ落ちる水滴が、オリフィス孔８５ｆの周囲に形成された凹部溝８５ｙを伝って下方に流れ落ちるので、水滴のオリフィス孔８５ｆ内への侵入がより抑制される。
【００８４】
なお、上記説明した実施形態では、第１実施形態〜第４実施形態のいずれの排気排水弁１００〜４００も、大径流路８５ｅには、流入口８５ｃから段差面８５ｐまで、流入口８５ｃから弁口８５ｇに向かって徐々に内径が小さくなる内径徐変部８５ｖが形成されている。しかし、図９に示すように、内径徐変部８５ｖが、大径流路８５ｅの一部に形成されている実施形態であっても差し支え無い。なお、図９に示される実施形態では、第２実施形態の排気排水弁２００において、流入口８５ｃ側の大径流路８５ｅには、内径徐変部８５ｖが形成されている一方で、段差面８５ｐ側の大径流路８５ｅには、内径徐変部８５ｖが形成されておらず、略同一の内径となっている。このような実施形態であっても、パージ後（掃気処理後）に、大径流路８５ｅの底部にある程度水滴が溜まった場合には、当該水滴が内径徐変部８５ｖ側に溢れだし、水滴がその自重により内径徐変部８５ｖの底部を伝って流入口８５ｃ側に流れる。このため、水滴の凍結により大径流路８５ｅが閉塞されにくい。
【００８５】
また、上記説明した実施形態では、ボディー８５を樹脂で構成したが、これに限定されず、ボディー８５を例えばステンレス鋼やアルミニウムで構成しても差し支え無い。
【００８６】
また、上記説明した実施形態における弁体作動装置８４は、コイル１０１（電磁ソレノイド）によるものとしたが、これに限定されず、例えば、リニアモータ、空気圧や油圧によるアクチュエータであっても差し支え無い。
【００８７】
上記説明した実施形態では、排気排水弁１００〜４００は、流入流路８５ｄの軸線ａが水平となるように、気液分離器５４に取り付けられている。しかし、図１０に示すように、大径流路８５ｅの天井部８５ｗのオリフィス孔８５ｆ側が、天井部８５ｗの流入口８５ｃ側よりも高くなるように（流入流路８５ｄの軸線ａが略水平となるように）、排気排水弁１００〜４００が気液分離器５４に取り付けられていても差し支え無い。なお、この実施形態の場合には、流入流路８５ｄの軸線ａが水平から最大で４５°、好ましくは最大で３０°、より好ましくは最大で１０°傾斜している。この実施形態の場合には、大径流路８５ｅの天井部８５ｗは、流入口８５ｃ側のほうが低いので、パージ後に、大径流路８５ｅの天井部８５ｗに付着した水滴は、流入口８５ｃ側に流れ落ちる。仮に、段差面８５ｐに水滴が付着したとしても、上述した実施形態と同様に、水滴はその自重により段差面８５ｐを伝って下方に流れ、大径流路８５ｅの底部に達し、大径流路８５ｅの流入口８５ｃ側に流れる。このため、水滴はオリフィス孔８５ｆ内に侵入し難い。
【００８８】
上記説明した実施形態では、燃焼電池システム１に使用される燃料ガスは、水素であるが、燃料ガスはこれに限定されず、天然ガス、ＬＰＧ、灯油、ガソリン、メタノール等の化石燃料を用いても差し支え無い。この場合には、これらの化石燃料を水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成し、電池スタック６はこの改質ガスにより発電する。
【符号の説明】
【００８９】
６…電池スタック（燃料電池）
８４…弁体作動装置
８５…ボディー、 ８５ｂ…弁体収納室、 ８５ｃ…流入口
８５ｄ…流入流路、 ８５ｅ…大径流路、 ８５ｆ…オリフィス孔
８５ｇ…弁口、 ８５ｊ…排出口、 ８５ｋ…排出流路
８５ｐ…段差面、 ８５ｒ…侵入阻止部、 ８５ｓ…排水流路
８５ｖ…内径徐変部８５ｖ…天井部 ８５ｘ…段差面
８５ｙ…凹部溝
８８…整流部材、 ８８ａ…整流流路、 ８８ｂ…排出溝
９７…弁体
１００…第１実施形態の排気排水弁
２００…第２実施形態の排気排水弁
３００…第３実施形態の排気排水弁
４００…第４実施形態の排気排水弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池から排出される水分を含む燃料ガスを遮断又は開放する排気排水弁であって、
外部に開口する流入口及び排出口と、中空状の弁体収納室と、前記流入口と前記弁体収納室とを連通する流入流路と、前記排出口と前記弁体収納室とを連通する排出流路とが形成されたボディーと、
前記流入流路の前記弁体収納室への開口部である弁口の周囲に形成された弁座に対して進退移動し、前記弁座と接離可能な弁部が形成された弁体と、
前記弁部が前記弁座と当接する閉塞位置と前記弁部が前記弁座から離間する開放位置との間で前記弁体を移動させる弁体作動装置とを備え、
前記流入流路は、前記弁口側に向かって徐々に内径が小さくなる内径徐変部と、当該内径徐変部と前記弁体収納室とを連通し前記内径徐変部の最小内径より小さい内径のオリフィス孔を備え、
前記内径徐変部と前記オリフィス孔との間には、前記オリフィス孔の形成方向と直交する方向に延在し周方向に連続する環状の面である段差面が形成されている排気排水弁。
【請求項２】
請求項１において、前記段差面の前記オリフィス孔の前記内径徐変部側の開口部の周囲には、筒状の侵入阻止部が前記段差面から前記流入口側に突出形成されている排気排水弁。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記流入口側から前記段差面側に向かって徐々に内径が小さくなる整流流路が連通形成された整流部材が、前記内径徐変部内に設けられ、
前記整流流路は、前記オリフィス孔と同軸に形成され、
前記整流部材の前記段差面側の端部と、前記段差面又は前記侵入阻止部の先端が離間して、空間である空隙室が形成され、
前記空隙室の底部から前記内径徐変部の前記流入口側の底部に連通する排水流路が、前記内径徐変部と前記整流部材との間に形成されている排気排水弁。
【請求項４】
燃料電池から排出される水分を含む燃料ガスを遮断又は開放する排気排水弁であって、
外部に開口する流入口及び排出口と、中空状の弁体収納室と、前記流入口と前記弁体収納室とを連通する流入流路と、前記排出口と前記弁体収納室とを連通する排出流路とが形成されたボディーと、
前記流入流路の前記弁体収納室への開口部である弁口の周囲に形成された弁座に対して進退移動し、前記弁座と接離可能な弁部が形成された弁体と、
前記弁部が前記弁座と当接する閉塞位置と前記弁部が前記弁座から離間する開放位置との間で前記弁体を移動させる弁体作動装置とを備え、
前記流入流路は、前記弁口側に向かって徐々に内径が小さくなる内径徐変部と、当該内径徐変部と前記弁体収納室とを連通し前記内径徐変部の最小内径より小さい内径のオリフィス孔を備え、
前記内径徐変部と前記オリフィス孔との間には、周方向に連続する環状の面である段差面が形成され、
前記段差面の前記オリフィス孔の周囲には、前記流入口よりも前記弁口側に凹んだ凹部溝が形成されている排気排水弁。
【請求項１】
燃料電池から排出される水分を含む燃料ガスを遮断又は開放する排気排水弁であって、
外部に開口する流入口及び排出口と、中空状の弁体収納室と、前記流入口と前記弁体収納室とを連通する流入流路と、前記排出口と前記弁体収納室とを連通する排出流路とが形成されたボディーと、
前記流入流路の前記弁体収納室への開口部である弁口の周囲に形成された弁座に対して進退移動し、前記弁座と接離可能な弁部が形成された弁体と、
前記弁部が前記弁座と当接する閉塞位置と前記弁部が前記弁座から離間する開放位置との間で前記弁体を移動させる弁体作動装置とを備え、
前記流入流路は、前記弁口側に向かって徐々に内径が小さくなる内径徐変部と、当該内径徐変部と前記弁体収納室とを連通し前記内径徐変部の最小内径より小さい内径のオリフィス孔を備え、
前記内径徐変部と前記オリフィス孔との間には、前記オリフィス孔の形成方向と直交する方向に延在し周方向に連続する環状の面である段差面が形成されている排気排水弁。
【請求項２】
請求項１において、前記段差面の前記オリフィス孔の前記内径徐変部側の開口部の周囲には、筒状の侵入阻止部が前記段差面から前記流入口側に突出形成されている排気排水弁。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記流入口側から前記段差面側に向かって徐々に内径が小さくなる整流流路が連通形成された整流部材が、前記内径徐変部内に設けられ、
前記整流流路は、前記オリフィス孔と同軸に形成され、
前記整流部材の前記段差面側の端部と、前記段差面又は前記侵入阻止部の先端が離間して、空間である空隙室が形成され、
前記空隙室の底部から前記内径徐変部の前記流入口側の底部に連通する排水流路が、前記内径徐変部と前記整流部材との間に形成されている排気排水弁。
【請求項４】
燃料電池から排出される水分を含む燃料ガスを遮断又は開放する排気排水弁であって、
外部に開口する流入口及び排出口と、中空状の弁体収納室と、前記流入口と前記弁体収納室とを連通する流入流路と、前記排出口と前記弁体収納室とを連通する排出流路とが形成されたボディーと、
前記流入流路の前記弁体収納室への開口部である弁口の周囲に形成された弁座に対して進退移動し、前記弁座と接離可能な弁部が形成された弁体と、
前記弁部が前記弁座と当接する閉塞位置と前記弁部が前記弁座から離間する開放位置との間で前記弁体を移動させる弁体作動装置とを備え、
前記流入流路は、前記弁口側に向かって徐々に内径が小さくなる内径徐変部と、当該内径徐変部と前記弁体収納室とを連通し前記内径徐変部の最小内径より小さい内径のオリフィス孔を備え、
前記内径徐変部と前記オリフィス孔との間には、周方向に連続する環状の面である段差面が形成され、
前記段差面の前記オリフィス孔の周囲には、前記流入口よりも前記弁口側に凹んだ凹部溝が形成されている排気排水弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−９２２２４（Ｐ２０１３−９２２２４Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３５５７９（Ｐ２０１１−２３５５７９）
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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