JP2020051548A - バルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで実現可能で、シール部材のシール性に優れたバルブ装置を提供する。【解決手段】バルブ装置１は、内部に円柱状の空間１１が形成される円筒状の内周壁１２を有するハウジング１０と、円柱状の空間１１と連通する流体導入路２０と、円柱状の空間１１と連通する複数の流体排出路３０と、円柱状の空間１１に収容され、所定の第１内半径で形成された大半径部４１と、第１内半径よりも小さい第２内半径で形成された小半径部４２と、大半径部４１と小半径部４２とをつなぐように形成される中間部４３とを有し、流体導入路２０と複数の流体排出路３０のうちの少なくとも一つとを連通可能とする連通路４５を内部に有する球状体からなる弁体４０と、軸心Ｘを回転軸心として弁体４０を円柱状の空間１１内で回転させる弁体回転機構と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、流体導入路と流体排出路との連通を制限可能なバルブ装置に関する。

従来、車両の排ガスによる地球環境汚染を改善すべく車両の電動化が検討されてきた。このような車両の一例として、例えば特許文献１に記載されるような燃料電池を動力源とするものがある。

特許文献１に記載の燃料電池システムが備える燃料電池は、燃料電池スタック内の膜の湿潤状況により発電性能が著しく変化することが知られている。そこで、特許文献１に記載の技術では、膜が乾燥状態である時には加湿器を流通させた空気をスタックに供給し、膜が湿潤状態である時には加湿器をバイパスした空気をスタックに供給している。このため、空気を加湿器及びバイパス供給路への流通を制御する供給側開閉弁と、バイパス供給路への空気の流通を制御する開閉弁とを備えている。また、車両の停止中にはスタックの劣化を防止するために、供給側開閉弁及び開閉弁の夫々に封止機能が必要となる。このような特許文献１に記載の技術はコストダウンの余地があり、その一つとして複数の弁を１つに統合することが考えられる（例えば特許文献２−４）。

特許文献２に記載のロータリー式バルブは、回転に応じて流路を開閉するロータと、当該ロータを収容するケーシングとを備えて構成され、ケーシングの内面に流体の経路となるケーシング開口部が設けられる。このケーシング開口部には、ロータの外周面に当接するように筒状のシール部材が設けられる。

特許文献３に記載の制御弁は、ハウジングと、ハウジング内に収容される弁体と、ハウジングの連通孔と弁体の外周面との間に設けられるシール部材と、を備えて構成される。シール部材の外周縁には面取り部を設け、シール部材の損傷を防止している。

特許文献４に記載のバルブ装置は、球状の弁体と、弁体を収容するハウジングと、ハウジング内において環状のシート部材とを備えて構成される。流体を流通させる場合には、弁体とシート部材とが非接触の状態で行われる。

特開２０１８−１８６８３号公報 特開２０１３−２４５７３８号公報 特開２０１８−８０７２４号公報 特開２０１２−１４５１５４号公報

特許文献２に記載の技術のように、ロータの外周面にシール部材を当接させてシールを行うと、シール部材の周方向のズレがシール性に大きく影響し、わずかな周方向のズレでもシール性が悪化する。また、シール部材としてゴムシールを用いているので、摺動抵抗が大きくなり、モータの大型化を招来する。更に、摺動抵抗が大きいと、ゴムシールとロータとが常に接触しているため、シール部材の摩耗が顕著になる。

特許文献３に記載の技術は、シール部材はロータに対して常に摺動しているため、特許文献２に記載の技術と同様に、シール部材の摩耗が大きくなる可能性がある。そこで、摩擦係数の小さい樹脂部品を用いることが考えられるが、樹脂では燃料電池システムから要求されるシール性を具備することができない。

特許文献４に記載の技術は、流体の流通時は弁体とシート部材とが接触せず、流体が流通していない時は弁体とシート部材とが接触するため、摩耗対策に優れている。しかしながら、ロータ径に応じてシート高さを変更しているため、仮にシート部材の周方向のズレがあった場合にはシール性能に大きく寄与することになる。

そこで、低コストで実現可能であって、シール部材のシール性に優れたバルブ装置が求められる。

本発明に係るバルブ装置の特徴構成は、内部に円柱状の空間が形成される円筒状の内周壁を有するハウジングと、前記ハウジングに形成され、前記内周壁において前記円柱状の空間と連通する流体導入路と、前記ハウジングに形成され、前記内周壁において前記円柱状の空間と連通する複数の流体排出路と、前記円柱状の空間に収容され、前記円柱状の空間の軸心に沿って見たときに、前記ハウジングの内周壁の内半径に応じた所定の第１内半径で形成された大半径部と、前記第１内半径よりも小さい第２内半径で形成された小半径部と、前記大半径部と前記小半径部とをつなぐように形成され、前記軸心からの距離が前記第１内半径と前記第２内半径との中間の距離である中間部とを有し、前記小半径部及び前記中間部の少なくともいずれか一方において開口する開口部分を有すると共に、前記流体導入路と前記複数の流体排出路のうちの少なくとも一つとを連通可能とする連通路を内部に有する球状体からなる弁体と、前記軸心を回転軸心として前記弁体を前記円柱状の空間内で回転させる弁体回転機構と、を備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、大半径部と小半径部との間に中間部が設けられ、更には弁体が球状体で構成されているので、弁体が回転して大半径部がハウジングに当接するに際し、小半径部から徐々に大半径部に至るにつれてハウジング（流体導入路の開口部分のハウジング）に滑らかに押し付けられる（徐々に当接する）ことになる。したがって、シール性を維持しつつ、弁体の劣化を抑制できる。また、本バルブ装置によれば、複数の流体排出路を切り換えることができるので、夫々の流体排出路に対してバルブ装置を設ける場合と比較して、バルブ装置を低コスト化することが可能となる。

また、前記ハウジングの内周壁における前記流体導入路の開口部分と前記ハウジングの内周壁との間に前記弁体の前記大半径部と当接可能なシール部材が設けられていると好適である。

このような構成とすれば、大半径部と小半径部との間に中間部が設けられた中間部により、弁体が回転してシール部材が大半径部に当接するに際し、シール部材に作用する押圧力を徐々に変化させることができる。したがって、シール部材の弁体の回転方向に沿った急激な変形や、シール部材の摩耗による劣化を抑制できる。

また、前記シール部材は、前記弁体側の先端部が、前記弁体の前記大半径部に当接し、且つ、前記小半径部に当接しない状態で設けられていると好適である。

このような構成とすれば、流体の流通時はシール部材の近傍に位置している小半径部にはシール部材が接触することなく弁体が回転するので、摺動抵抗を低減することができる。したがって、弁体を回転させる弁体回転機構を小型化することができる。更には、弁体におけるシール部材との摺動距離が短くできるため、シール部材の摩耗による劣化を抑制し耐久性を向上させることが可能となる。したがって、例えば安価なゴム材料を用いて要求されるシール性を実現できるので、バルブ装置を低コスト化できる。

また、前記流体導入路の上流側から前記弁体側に向けて前記シール部材を付勢する付勢部材と、前記シール部材の前記弁体側の先端部が前記第２内半径よりも前記弁体側に突出しないように規制する規制機構と、を更に備えると好適である。

このような構成とすれば、シール部材が付勢部材により大半径部に押圧されて弁体との液密性を高めると共に、シール部材が小半径部に当接しないので弁体の回転に伴う摩擦によりシール部材が摩耗して劣化するのを抑制することが可能となる。

また、前記複数の流体排出路のうち、前記流体導入路との連通状態が制限される流体排出路と前記弁体との間のシール性は、前記流体導入路と前記弁体との間のシール性よりも低く構成しても良い。

このような構成とすれば、流体排出路におけるシールに要するコストを低減できる。したがって、バルブ装置を低コスト化できる。

バルブ装置の適用例を示す図である。 バルブ装置の斜視図である。 図２におけるIII−III線の断面図である。 図３におけるIV−IV線の断面図である。 第２連通状態の断面図である。 非連通状態の断面図である。 シール部分の拡大図である。

本発明に係るバルブ装置は、シール部材が劣化し難いように構成される。以下、本実施形態のバルブ装置１について説明する。

図１には、本実施形態のバルブ装置１の利用例が示される。バルブ装置１は、車両用燃料電池システム１００のスタック２に供給する空気の加湿量、及びスタック２への空気の供給量を制御する。具体的には、スタック２内の膜が乾燥状態である時には加湿器３を流通させた空気をスタック２に供給する流路に切り換えられ、スタック２内の膜が湿潤状態である時には加湿器３をバイパスした空気をスタック２に供給する流路に切り換えられる。バルブ装置１は、このような流路切り換えが可能に構成される。

図２にはバルブ装置１の斜視図が示される。図３には図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図が示される。図４には図３のＩＶ−ＩＶ線断面図が示される。図２−図４に示されるように、バルブ装置１は、ハウジング１０、流体導入路２０、流体排出路３０、弁体４０、弁体回転機構５０、突出部５５、シール部材６０、付勢部材７０、規制機構８０を備えて構成される。

ここで、理解を容易にするために、本実施形態では、特に断りがない限り、「上」は図２及び図４に示す状態でバルブ装置１の鉛直方向（垂直方向）に沿った矢印Ｕの方向を意味し、「下」は図２及び図４に示す状態でバルブ装置１の鉛直方向（垂直方向）に沿った矢印Ｄの方向を意味するものとする。

ハウジング１０は内部に円柱状の空間１１が形成される円筒状の内周壁１２を有する。本実施形態ではハウジング１０は樹脂を用いて内周壁１２により円柱状の空間１１が形成されるように構成される。内周壁１２は、円柱状の空間１１の軸心Ｘに直交する断面が円形を呈するように構成される。本実施形態では、空間１１は、軸心Ｘを中心とした均一の内径からなる内周壁１２と底面１３とで囲まれる。したがって、空間１１は、椀形状の壁に囲まれて構成される。

流体導入路２０は、ハウジング１０に形成され、内周壁１２において円柱状の空間１１と連通する。流体導入路２０は、バルブ装置１により流量が制御される流体の、バルブ装置１への導入路となる。ハウジング１０の内周壁１２に開口部分１４が設けられ、この開口部分１４を介して流体導入路２０が空間１１と連通する。本実施形態では、ハウジング１０には、１つの流体導入路２０が設けられる。

流体排出路３０は、ハウジング１０に形成され、内周壁１２において円柱状の空間１１と連通する。流体排出路３０は、バルブ装置１により流量が制御される流体の、バルブ装置１からの排出路となる。ハウジング１０の内周壁１２に、上述した開口部分１４とは異なる別の開口部分１５が設けられ、この開口部分１５を介して流体排出路３０が空間１１と連通する。ハウジング１０には流体排出路３０は複数設けられるが、本実施形態では２つの流体排出路３０が設けられる。

ここで、特に限定されるものではないが、本実施形態では開口部分１４及び２つの開口部分１５は、夫々同じ内径で形成される。なお、２つの流体排出路３０は理解を容易にするために、夫々を区別する場合には、周方向に沿って流体導入路２０に近い方（上流側）を第１流体排出路３１とし、周方向に沿って流体導入路２０から遠い方（下流側）を第２流体排出路３２として説明する。

弁体４０は球状体で構成される。本実施形態では、図４に示されるように、弁体４０は、球状体の上側及び下側が軸心Ｘに直交する面でカットされた形状で構成されるが、特にカットせずに構成することも可能である。また、本実施形態では、弁体４０はハウジング１０と同様に樹脂を用いて形成され、上述したハウジング１０の円柱状の空間１１に収容される。

弁体４０は、図３に示されるように、平面視（軸心Ｘに沿う方向視）が単一の内半径からなる円弧を有するのではなく（真円ではなく）、複数の内半径からなる曲線や直線を有して構成される。具体的には、弁体４０は、大半径部４１、小半径部４２、中間部４３を有する。

大半径部４１は、平面視で、ハウジング１０の内周壁１２の内半径に応じた所定の第１内半径で形成される。上述したように、ハウジング１０の内周壁１２は、軸心Ｘを中心とした均一の内径からなる。大半径部４１は、軸心Ｘを回転軸として回転した際に内周壁１２に接しないように、内周壁１２の内半径よりも小さい内半径である第１内半径で形成される。特に限定されるものではないが、内周壁１２の内半径と第１内半径との差異は、弁体４０が軸心Ｘを回転軸として回転した際に内周壁１２に接しないように（摺動抵抗が生じないように）少なくとも隙間が形成される程度で良い。

本実施形態では、大半径部４１は図３に示されるように、弁体４０の周方向に沿って２箇所に設けられる。夫々の周方向における位置は、一方の大半径部４１が、流体導入路２０と第２流体排出路３２との間の内周壁１２に対向する位置にある場合に、他方の大半径部４１が第１流体排出路３１における開口部分１５を閉じることが可能とする位置に設けられる。したがって、大半径部４１は、周方向の位置が流体排出路３０の周方向位置に応じて設定される。

小半径部４２は、第１内半径よりも小さい第２内半径で形成される。第１内半径とは大半径部４１の内半径である。したがって、小半径部４２は、図３に示されるように大半径部４１よりも小さい内半径を有して構成される。上述したように、大半径部４１は、弁体４０が軸心Ｘを回転軸として回転した際に内周壁１２に接しないように、内周壁１２との間で隙間が形成される。小半径部４２と内周壁１２との間には、大半径部４１と内周壁１２との間の隙間よりも径方向長さが長い隙間（容積が大きい隙間）が形成される。

本実施形態では、小半径部４２は図３に示されるように、弁体４０の周方向に沿って２箇所に設けられる。夫々の周方向における位置は、一方の小半径部４２が、流体導入路２０と対向する位置にある場合に、他方の小半径部４２が第２流体排出路３２における開口部分１５と対向する位置に設けられる。したがって、小半径部４２は、周方向の位置が流体導入路２０及び流体排出路３０の周方向位置に応じて設定される。

中間部４３は、大半径部４１と小半径部４２とをつなぐように形成され、軸心Ｘからの距離が第１内半径と第２内半径との中間の距離で形成される。「大半径部４１と小半径部４２とをつなぐように形成され」とは、弁体４０の平面視において大半径部４１と小半径部４２とに亘って設けられることを意味する。本実施形態では、大半径部４１と小半径部４２とは、夫々２箇所に設けられる。したがって、中間部４３は、夫々の大半径部４１と小半径部４２とをつなぐように４箇所に設けられる。「軸心Ｘからの距離が第１内半径と第２内半径との中間の距離で形成される」とは、中間部４３の内半径が、大半径部４１の第１内半径と小半径部４２の第２内半径との間の内半径で形成されることを言う。ここで、大半径部４１の第１内半径と小半径部４２の第２内半径との間の内半径とは、単一の内半径でなく、大半径部４１の第１内半径と小半径部４２の第２内半径との範囲内で長さが変化する内半径である。中間部４３は、平面視が滑らかな弧状で形成しても良い。すなわち、中間部４３は、内半径が滑らかに除変される（徐々に変化する）ように構成しても良い。また、平面視で鋭角である鋭角部分を有するように形成しても良い。

弁体４０は、小半径部４２及び中間部４３の少なくともいずれか一方において開口する開口部分４４を有すると共に、流体導入路２０と複数の流体排出路３０のうちの少なくとも一つとを連通可能とする連通路４５を内部に有する。本実施形態では、図３に示されるように、小半径部４２及び中間部４３の双方に亘って開口する開口部分４４が弁体４０の周方向に沿って２箇所に設けられる。また、これらの開口部分４４は、図４に示されるように、空間１１に収容された状態の弁体４０における側面に設けられる。なお、開口部分４４の外縁部は上面視が円弧状になるように構成しても良い。

連通路４５は、上述した２箇所に設けられた開口部分４４の少なくとも一方と連通し、弁体４０を径方向に沿って貫通している。本実施形態では、弁体４０を制御することにより、連通路４５と流体導入路２０と第１流体排出路３１とを主として連通させる第１連通状態と、流体導入路２０と第２流体排出路３２とを主として連通させる第２連通状態と、流体導入路２０と第１流体排出路３１及び第２流体排出路３２の双方とを遮断させる遮断状態とに切り換え可能に構成される。

弁体４０は、径方向中央部に軸心Ｘの方向に沿って回転軸９０が挿通され、ハウジング１０の空間１１に収容される。回転軸９０は軸心Ｘと同軸心で、一方の端部が底面１３に支持部材９１を介して支持される。空間１１の上側は、回転軸９０が貫通された蓋部材１８により液密的に閉じられる。本実施形態では、回転軸９０の他方側は、支持部材９２を介して蓋部材１８に支持される。また、蓋部材１８は、ハウジング１０に対してボルト９３により締結固定される。

弁体回転機構５０は、軸心Ｘを回転軸心として回転軸９０を介して弁体４０を円柱状の空間１１内で回転させる。弁体回転機構５０は、モータＭを有して構成され、上位システムからの指示に応じて回転軸９０を回転させる。この指示に応じて、弁体４０が回転し、弁体４０が上述した第１連通状態と、第２連通状態と、遮断状態との何れかに切り換えられる。

第１連通状態は、図５に示されるように弁体４０の連通路４５により流体導入路２０と第１流体排出路３１とが主として連通状態になり、第２流体排出路３２における開口部分１５が大半径部４１により閉状態になる。第２連通状態は、図３に示されるように弁体４０の連通路４５により流体導入路２０と第２流体排出路３２とが主として連通状態となり、第１流体排出路３１における開口部分１５が大半径部４１により閉状態となる。

なお、第１連通状態における第２流体排出路３２は、完全に閉状態でなくても良く、第２流体排出路３２を流通する流体の量が、第１連通状態における第１流体排出路３１を流通する流体の量よりも少なくなるように閉じていれば良い。また、第２連通状態における第１流体排出路３１も、完全に閉状態でなくても良く、第１流体排出路３１を流通する流体の量が、第２連通状態における第２流体排出路３２を流通する流体の量よりも少なくなるように閉じていれば良い。

遮断状態は、図６に示されるように弁体４０の大半径部４１が流体導入路２０における開口部分１４を閉状態にする。この状態では、流体導入路２０と連通路４５とは連通せず、流体導入路２０を流通する流体は連通路４５に流入しない。この時、第１流体排出路３１の開口部分１５及び第２流体排出路３２の開口部分１５は夫々、弁体４０により閉じられていても閉じられていなくても良い。いずれであっても、大半径部４１により流体導入路２０における開口部分１４が閉状態とされるので、空間１１（連通路４５）への流体の導入が妨げられる。

ここで、ハウジング１０の内周壁１２には、当該内周壁１２おける流体導入路２０の開口部分１４の少なくとも一部をハウジング１０の内周壁１２から円柱状の空間１１の軸心Ｘに向けて突出して囲む突出部５５が設けられる。「流体導入路２０の開口部分１４の少なくとも一部をハウジング１０の内周壁１２から円柱状の空間１１の軸心Ｘに向けて突出して囲む」とは、内周壁１２において開口する開口部分１４の縁部から空間１１の軸心Ｘに向かって流体導入路２０の少なくとも一部を筒状に延出させることをいう。このように流体導入路２０の少なくとも一部を延出させる、内周壁１２からの突出部分が突出部５５に相当する。本実施形態では、図３及び図４に示されるように、流体導入路２０の開口部分１４の両側方の縁部どうしをつなぐように突出部５５が設けられる。換言すれば、ハウジング１０は、完全な円筒状ではなく、上面視がシール部材６０（後述する）が挿入される箇所のみ平面を有するＤ形状で構成される。

本実施形態では、突出部５５は、軸心Ｘから突出部５５までの距離が、小半径部４２の内半径である第２内半径よりも長くなるように構成されている。これにより、突出部５５が設けられた流体導入路２０は、弁体４０が回転され、少なくとも小半径部４２が正面に位置する状態になった場合には、閉状態にならないようにできる。また、このような構成を有することにより、突出部５５と小半径部４２とを軸心Ｘに対する周方向の位置を合わせた状態で、弁体４０をハウジング１０の空間１１内に収容し組み付けることができる。

遮断状態にあっては、流体導入路２０から空間１１への流体の導入を確実に防止するために、シール部材６０が設けられる。シール部材６０は、ハウジング１０の内周壁１２における流体導入路２０の開口部分１４に（開口部分１４とハウジング１０の内周壁１２との間に）弁体４０の大半径部４１と当接可能に設けられる。本実施形態では、シール部材６０は突出部５５に設けられ、弁体４０と当接可能に設けられる。シール部材６０は、開口部分１４の形状（本実施形態では、突出部５５の端部の内周面５５Ａの形状）に応じて形成される。本実施形態では、突出部５５の端部の内周面５５Ａは、軸心Ｘからの径方向視で円形状であるため、シール部材６０は流体導入路２０を流通する流体の流通方向（以下、単に「軸方向」と称する）に直交する断面が円形状の円筒状に形成される。

シール部材６０は、弾性材料（例えばゴム部材）を用いて形成され、軸方向の一方側端部がハウジング１０の開口部分１４及び突出部５５に挿入され、軸方向の他方側端部が空間１１に突出した状態で設けられる。シール部材６０が空間１１側に突出する量（長さ）は、弁体４０が弁体回転機構５０により回転され遮断状態に移行した際に、図６に示されように大半径部４１がシール部材６０の先端部６１（上記「軸方向の他方側」に相当）と当接し、流体導入路２０と空間１１とが連通状態とならないように設定される。このとき、シール部材６０が外周部分でハウジング１０（突出部５５の内周面５５Ａ）に対して液密的に当接（内嵌）しており、流体がシール部材６０と突出部５５との隙間から空間１１に漏出するのを防止する。これにより、遮断状態のときには確実に空間１１への流体の導入を妨げることが可能となる。

一方、第１流通状態及び第２流通状態にあっては、流体導入路２０からの流体は空間１１（連通路４５）に導入される必要がある。このため、第１流通状態及び第２流通状態にあっては、シール部材６０は、弁体４０側の先端部６１（上記「軸方向の他方側」が相当）が、小半径部４２に当接しない状態で設けられる。

図７は、シール部材６０によるシール部分を拡大した図である。図７では、大半径部４１の第１内半径に沿う内半径が二点鎖線で示される。遮断状態では、シール部材６０と大半径部４１とが当接する状態であって、第１流通状態及び第２流通状態では、図７に示されるように、シール部材６０と小半径部４２とは当接しない状態で設けられる。

このように、シール部材６０は、後述する規制機構８０により、弁体４０が回転軸心Ｘに沿って回転している場合であっても小半径部４２に接しないように、空間１１に突出する量（長さ）が設定される。これにより、流体を空間１１内に導入する際には、シール部材６０と弁体４０とが当接しないようにできるので、シール部材６０に弁体４０からの応力が作用せず、弁体４０の回転に伴う摩擦によりシール部材６０が摩耗して劣化するのを抑制することが可能となる。

本実施形態では、流体導入路２０が弁体４０により遮断状態となった場合に、シール部材６０の弁体４０との液密性をより高めるために、付勢部材７０が流体導入路２０の上流側から弁体４０側に向けてシール部材６０を付勢するように構成されている。本実施形態では付勢部材７０はコイル状のバネからなり、バネの軸心が軸方向に沿うように、ハウジング１０の溝部１６とフランジ２００とに間に嵌め込まれる。したがって、付勢部材７０の付勢力は、軸方向に沿って作用する。

本実施形態では、シール部材６０と付勢部材７０とに亘って、シール部材６０の弁体４０側の先端部６１が第２内半径よりも弁体４０側に突出しないようにシール部材６０の突出量を規制する規制機構８０が設けられる。規制機構８０は、薄板を加工して環状に形成される。特に本実施形態では、図７に示されるように、規制機構８０は、軸方向に垂直な面が軸方向に沿って階段状に複数形成されている。付勢部材７０側の第１階段部８１が、付勢部材７０の付勢力により、ハウジング１０の溝部１６の壁部１７に押し付けられ、弁体４０側の第２階段部８２がシール部材６０の軸方向の一方側の端部と対向するように設けられる。シール部材６０は規制機構８０の弁体４０側の端部に接着等により取り付けられ、シール部材６０と規制機構８０とは一体となって軸方向に移動するように構成されている。これにより、第１階段部８１が溝部１６の壁部１７と当接した状態におけるシール部材６０は、それ以上軸心Ｘ方向に突出しない。これにより、シール部材６０は小半径部４２に当接することはない。一方、図７に示すように、シール部材６０が軸心Ｘ方向に最も突出した状態では二点鎖線で表された大半径部４１と交差している。このため、シール部材６０の先端部６１が大半径部４１と当接しているときは、シール部材６０は付勢部材７０の付勢力に抗して軸心Ｘから径外方向に移動している。このとき、規制機構８０の第１階段部８１は、ハウジング１０の溝部１６の壁部１７から離間した状態になっており、付勢部材７０の付勢力は直接シール部材６０に作用している。すなわち、付勢部材７０の付勢力がシール部材６０の弁体４０への押付力となっている。

図３及び図４に示されるように、本実施形態では、第１流体排出路３１の開口部分１５及び第２流体排出路３２における開口部分１５には、夫々、コイル状のバネからなる付勢部材１１０が設けられ、付勢部材１１０の上流側（空間１１側）に環状の弾性部材（例えばゴム部材）からなるシール部材１１１が設けられ、更にその上流側に環状の樹脂部材１１２（例えばポリテトラフルオロエチレン）が設けられる。ポリテトラフルオロエチレンは摺動性が良く耐摩耗性が高いので、このように構成することで、複数の流体排出路３０における夫々の開口部分１５と弁体４０とのシール性を確保しつつ、樹脂部材１１２の摩耗を抑制することができる。

ここで、バルブ装置１が用いられるシステム（本実施形態では、車両用燃料電池システム１００）において、複数の流体排出路３０の夫々が、分流比率の誤差を許容できる構成である場合には、複数の流体排出路３０のうち、流体導入路２０との連通状態が制限される流体排出路３０と弁体４０との間のシール性が、流体導入路２０と弁体４０との間のシール性よりも低く構成されても良い。係る場合、複数の流体排出路３０の夫々に設けられる付勢部材１１０、シール部材１１１、樹脂部材１１２等のシール機構を不要とすることができる。

本実施形態では上記のようにバルブ装置１が構成される。このようなバルブ装置１によれば、大半径部４１と小半径部４２との間に中間部４３が設けられ、更には弁体４０が球状体で構成されているので、弁体４０が回転して大半径部４１がハウジング１０に当接するに際し、小半径部４２から徐々に大半径部４１に至るにつれてハウジング１０（流体導入路２０の開口部分１４のハウジング１０）に滑らかに押し付けられる（徐々に当接する）ことになる。したがって、シール性を維持しつつ、弁体４０の劣化を抑制できる。また、本バルブ装置１によれば、複数の流体排出路３０を切り換えることができるので、夫々の流体排出路３０に対してバルブ装置１を設ける場合と比較して、バルブ装置１を低コスト化することが可能となる。

以上のように構成することで、バルブ装置１は車両用燃料電池システム１００のスタック２に供給する空気の加湿量、及びスタック２への空気の供給を制御することが可能となる。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、バルブ装置１が、車両用燃料電池システム１００のスタック２に供給する空気の加湿量、及びスタック２への空気の供給を制御する例を挙げて説明したが、バルブ装置１を他の用途に適用することも可能である。

上記実施形態では、ハウジング１０に２つの流体排出路３０が備えられている例を挙げて説明したが、ハウジング１０は流体排出路３０を３つ以上、備えていても良い。更に、バルブ装置１は、流体導入路２０と流体排出路３０との合計数が３つ以上のものに適用することも可能である。すなわち、バルブ装置１は、複数の流体導入路２０と少なくとも１つの流体排出路３０とを有するものであっても適用可能である。

上記実施形態では、ハウジング１０の内周壁１２における流体導入路２０の開口部分１４とハウジング１０の内周壁１２との間に弁体４０の大半径部４１と当接可能なシール部材６０が設けられているとして説明したが、流体導入路２０の開口部分１４とハウジング１０の内周壁１２との間にシール部材６０を設けなくても良い。

上記実施形態では、第１流体排出路３１の開口部分１５及び第２流体排出路３２における開口部分１５には、夫々、コイル状のバネからなる付勢部材１１０が設けられ、付勢部材１１０の上流側（空間１１側）に環状の弾性部材（例えばゴム部材）からなるシール部材１１１が設けられ、更にその上流側に環状の樹脂部材１１２（例えばポリテトラフルオロエチレン）が設けられるとして説明したが、第１流体排出路３１及び第２流体排出路３２にも流体導入路２０と同様に、規制機構８０を設けることも可能である。

上記実施形態では、シール部材６０が弁体４０側の先端部６１が、弁体４０の大半径部４１に当接し、且つ、小半径部４２に当接しない状態で設けられているとして説明したが、シール部材６０が弁体４０側の先端部６１が、弁体４０の大半径部４１及び小半径部４２の双方に当接する状態で設けても良い。

上記実施形態では、流体導入路２０に付勢部材７０と規制機構８０とが備えられているとして説明したが、流体導入路２０に付勢部材７０及び規制機構８０の双方を備えずに構成しても良いし、流体導入路２０に付勢部材７０のみを備えるように構成しても良い。また、複数の流体排出路３０の少なくともいずれか一つに、付勢部材７０及び規制機構８０の双方を備えて構成しても良いし、付勢部材７０のみを備えて構成しても良い。

上記実施形態では、複数の流体排出路３０のうち、流体導入路２０との連通状態が制限される流体排出路３０と弁体４０との間のシール性は、流体導入路２０と弁体４０との間のシール性よりも低く構成されるとして説明したが、複数の流体排出路３０のうち、流体導入路２０との連通状態が制限される流体排出路３０と弁体４０との間のシール性は、流体導入路２０と弁体４０との間のシール性と同様に構成しても良い。

上記実施形態では、弁体４０は樹脂を用いて形成されるとして説明した。弁体４０を樹脂成形で構成する場合には、小半径部４２にパーティングラインが位置するように構成すると良い。このような構成とすれば、大半径部４１の表面を滑らかにできるので、パーティングラインにおける樹脂の突出部分によるシール部材６０の摩耗、破損を抑制し、長期的に亘りシール性を確保することが可能となる。もちろん、弁体４０は、樹脂に代えて金属を用いて構成することも可能である。

本発明は、流体導入路と流体排出路との連通を制限可能なバルブ装置に用いることが可能である。

１：バルブ装置
１０：ハウジング
１１：空間
１２：内周壁
１４：開口部分
２０：流体導入路
３０：流体排出路
４０：弁体
４１：大半径部
４２：小半径部
４３：中間部
４４：開口部分
４５：連通路
５０：弁体回転機構
６０：シール部材
６１：先端部
７０：付勢部材
８０：規制機構
Ｘ：軸心

Claims (5)

1. 内部に円柱状の空間が形成される円筒状の内周壁を有するハウジングと、
   前記ハウジングに形成され、前記内周壁において前記円柱状の空間と連通する流体導入路と、
   前記ハウジングに形成され、前記内周壁において前記円柱状の空間と連通する複数の流体排出路と、
   前記円柱状の空間に収容され、前記円柱状の空間の軸心に沿って見たときに、前記ハウジングの内周壁の内半径に応じた所定の第１内半径で形成された大半径部と、前記第１内半径よりも小さい第２内半径で形成された小半径部と、前記大半径部と前記小半径部とをつなぐように形成され、前記軸心からの距離が前記第１内半径と前記第２内半径との中間の距離である中間部とを有し、前記小半径部及び前記中間部の少なくともいずれか一方において開口する開口部分を有すると共に、前記流体導入路と前記複数の流体排出路のうちの少なくとも一つとを連通可能とする連通路を内部に有する球状体からなる弁体と、
   前記軸心を回転軸心として前記弁体を前記円柱状の空間内で回転させる弁体回転機構と、
   を備えるバルブ装置。
2. 前記ハウジングの内周壁における前記流体導入路の開口部分と前記ハウジングの内周壁との間に前記弁体の前記大半径部と当接可能なシール部材が設けられている請求項１に記載のバルブ装置。
3. 前記シール部材は、前記弁体側の先端部が、前記弁体の前記大半径部に当接し、且つ、前記小半径部に当接しない状態で設けられている請求項２に記載のバルブ装置。
4. 前記流体導入路の上流側から前記弁体側に向けて前記シール部材を付勢する付勢部材と、
   前記シール部材の前記弁体側の先端部が前記第２内半径よりも前記弁体側に突出しないように規制する規制機構と、を更に備える請求項２又は３に記載のバルブ装置。
5. 前記複数の流体排出路のうち、前記流体導入路との連通状態が制限される流体排出路と前記弁体との間のシール性は、前記流体導入路と前記弁体との間のシール性よりも低い請求項１から４のいずれか一項に記載のバルブ装置。

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