JP6612142B2

JP6612142B2 - 流量制御弁

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Publication number: JP6612142B2
Application number: JP2016019697A
Authority: JP
Inventors: 誠福井; 衛吉岡; 成人伊東; 貴樹稲垣; 佳純三島
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2016-02-04
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2019-11-27
Anticipated expiration: 2036-02-04
Also published as: CN108603604B; US20180320790A1; CN108603604A; WO2017134956A1; US10408352B2; JP2017137942A; DE112016006365T5

Description

本発明は、弁体の回転中心（回転軸）が弁孔の中心から偏心して配置され、弁体のシール面が回転軸から偏心して配置される流量制御弁に関するものである。

流量制御弁に関して、特許文献１には、全開位置から閉弁するときに、回転軸を回転させて偏心カムを１８０°回転させることにより、弁軸がコイルばねに押されて、弁板が弁座に押し付けられるちょう形弁が開示されている。

実開昭５０−２３７３３号公報

しかしながら、特許文献１のちょう形弁は、弁板が回転移動しながら弁座に押し付けられるため、弁座付近における弁板の回転移動により、弁座と弁板との間の摩耗が生じるおそれがある。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、弁座付近における弁体の回転移動による弁座と弁体との間の摩耗を抑制できる流量制御弁を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一形態は、弁孔と前記弁孔の縁部に形成されたシート面を備える弁座と、前記シート面に対応するシール面が外周に形成された弁体と、前記弁体が一体的に設けられる回転軸と、を有し、前記回転軸の中心軸が前記弁孔の中心軸から前記弁孔の径方向へ偏心して配置されると共に、前記シール面が前記回転軸の中心軸から前記弁体の中心軸が伸びる方向へ偏心して配置される流量制御弁において、前記回転軸の中心軸を中心に前記回転軸と一体的に回転する前記弁体の回転を止めた後、前記回転軸の中心軸を中心に回転する前記回転軸に対して、前記弁体を前記回転軸の中心軸から偏心した偏心軸を中心に相対回転させながら、前記弁体を前記弁座に向けて移動させる弁体移動方向規制部材と、前記回転軸に対して前記弁体が前記偏心軸を中心に相対回転できる範囲を規定するストッパと、前記回転軸と前記弁体との間に設けられ前記弁体を前記ストッパ方向へ付勢するスプリングと、を有し、前記弁体移動方向規制部材は、前記弁座の一部を構成する部材であって、前記弁体を前記弁座に向けて移動させるときに前記弁体に押されて撓むリップ部を備え、前記リップ部が撓むときに前記リップ部に発生する反力は、前記スプリングが前記弁体を前記ストッパ方向へ付勢する力よりも大きいこと、を特徴とする。

この態様によれば、開弁状態から全閉状態に移行するときに、弁体の回転を止めた後に、弁体を弁座に向けて移動させることができる。そのため、弁座付近における弁体の回転移動による弁座と弁体との間の摩耗を抑制できる。また、弁体を弁座に押し付けることができるので、弁座と弁体の間のシール性が向上する。したがって、全閉状態において、流路の封止を確保できる。また、弁体は姿勢を保ちながら弁体に向かって移動できる。そのため、弁座と弁体の間のシール性が向上する。

上記の態様においては、前記弁体移動方向規制部材により前記弁体の回転を止めた回転停止時に、前記偏心軸は、前記回転軸の中心軸を通り前記弁体の径方向に平行な水平線に対して前記弁座側とは反対側にある第１位置に配置され、前記回転停止時の後、前記弁体移動方向規制部材により前記弁体を前記弁座に向けて移動させて前記弁体が前記ストッパに接したストッパ接触時に、前記偏心軸は、前記水平線に対して前記弁座側にある第２位置に配置されること、が好ましい。

この態様によれば、より確実に、弁体を弁座に押し付けることができるので、弁座と弁体の間のシール性が向上する。

上記の態様においては、前記回転軸を支持する軸受を有し、前記軸受に対して前記回転軸が当該回転軸の径方向に相対移動可能な量は、前記偏心軸が前記第１位置と前記第２位置との間を移動するときに前記回転軸が当該回転軸の径方向に移動する量よりも大きいこと、が好ましい。

この態様によれば、回転軸は、軸受に制止されずに、回転軸の径方向に移動できる。そのため、回転軸が移動することにより弁体が移動することが抑制されるので、弁体と弁座との摺動が抑制される。

上記の態様においては、前記ストッパは、前記回転軸に一体形成された突起であること、が好ましい。

この態様によれば、部品点数を減らすことができるので、コストを低減できる。

本発明の流量制御弁によれば、弁座付近における弁体の回転移動による弁座と弁体との間の摩耗を抑制できる。

本実施形態の流量制御弁の正面図である。本実施形態の流量制御弁の上面図である。全閉状態において、弁部を一部破断して示した斜視図である。開弁状態において、弁部を一部破断して示した斜視図である。全閉状態において、弁座、弁体及び回転軸を示す側面図である。図５のＡ−Ａ断面図である。図１のＢ−Ｂ断面図である。図１のＣ−Ｃ断面図である。図８のＤ−Ｄ断面図である。開弁状態において、図８のＥ−Ｅ断面位置における概略図である。着座状態において、図８のＥ−Ｅ断面位置における概略図である。全閉状態において、図８のＥ−Ｅ断面位置における概略図である。着座状態と全閉状態における偏心軸の位置などを示す図である。燃料電池システムの概略構成図である。変形例の流量制御弁を示す概略図である。

本実施形態の流量制御弁１について説明する。なお、後述するように、流量制御弁１は、例えば、燃料電池システム１０１において、エア系１１３における統合弁１８１（図１４参照）に適用される。

図１と図２に示すように、流量制御弁１は、弁部２と駆動機構部３を備える。弁部２は、内部に流体が流れる流路１１を有する管部１２（図７参照）を備え、流路１１の中には弁座１３、弁体１４及び回転軸１５（図３など参照）が配置されている。駆動機構部３は、モータ３２と減速機構３３（図７参照）を備えている。駆動機構部３は、回転軸１５に対してモータ３２の駆動力を伝える。

図３と図４に示すように、流路１１には段部１０が形成され、その段部１０に弁座１３が組み込まれている。弁座１３は、円環状をなし、中央に弁孔１６を有する。弁孔１６の縁部には、環状のシート面１７が形成されている。弁体１４は、円板状の部分を備え、その外周には、シート面１７に対応する環状のシール面１８が形成されている。弁体１４は、回転軸１５に一体的に設けられ、回転軸１５と一体的に回転できる。

図５と図６に示すように、回転軸１５の中心軸であるシャフト軸Ｌｓは、弁体１４の径方向（詳しくは、弁体１４の円板状の部分の径方向）と平行に伸び、弁孔１６の中心軸Ｌｈから弁孔１６の径方向へ偏心して配置されると共に、弁体１４のシール面１８がシャフト軸Ｌｓから弁体１４の中心軸Ｌｖが伸びる方向へ偏心して配置されている。このように、流量制御弁１は、二重偏心弁である。

図７と図８に示すように、金属製又は合成樹脂製の弁ハウジング３５は、流路１１及び管部１２を備えている。また、金属製又は合成樹脂製のエンドフレーム３６は、弁ハウジング３５の開口端を閉鎖している。弁体１４及び回転軸１５は、弁ハウジング３５内に設けられている。回転軸１５は、その先端部にピン１５ａを備えている。このように、ピン１５ａは、シャフト軸Ｌｓ方向の一方（弁体１４側）の端部に設けられている。ピン１５ａの径は、回転軸１５におけるピン１５ａ以外の部分の径よりも小さい。なお、シャフト軸Ｌｓ方向の他方（メインギヤ４１側）の端部には、基端部１５ｂが設けられている。

回転軸１５は、ピン１５ａがある先端側を自由端とし、その先端部が管部１２の流路１１に挿入されて配置されている。また、回転軸１５は、互いに離れて配置された２つの軸受である第１軸受３７と第２軸受３８を介して弁ハウジング３５に対し回転可能に片持ち支持されている。第１軸受３７と第２軸受３８は、ともにボールベアリングにより構成されている。第１軸受３７と第２軸受３８は、シャフト軸Ｌｓ方向について弁体１４とメインギヤ４１との間の位置に配置され、回転軸１５を回転可能に支持している。第１軸受３７が、第２軸受３８に対してメインギヤ４１側の位置に配置されている。弁体１４は、回転軸１５の先端部に形成されたピン１５ａに取り付けられ、流路１１内に配置されている。

図７と図８に示すように、回転軸１５の基端部１５ｂには、メインギヤ４１が固定されている。弁ハウジング３５とメインギヤ４１との間には、リターンスプリング力を発生させるリターンスプリング４０が設けられている。リターンスプリング力は、回転軸１５を閉弁方向に回転させる力であって、弁体１４を閉方向へ付勢する力である。また、メインギヤ４１は、回転軸１５と一体的に設けられ、モータ３２で発生する駆動力を受給する。

モータ３２は、回転軸１５をシャフト軸Ｌｓを中心に回転させる駆動力を発生させる。図７に示すように、モータ３２は、減速機構３３を介して回転軸１５に駆動力が伝達されるようにして連結されている。すなわち、モータ３２には、モータギヤ４３が固定されている。このモータギヤ４３は、中間ギヤ４２を介してメインギヤ４１に駆動力が伝達されるようにして連結されている。

中間ギヤ４２は、ピンシャフト４４を介して弁ハウジング３５に回転可能に支持されている。中間ギヤ４２には、メインギヤ４１とモータギヤ４３が駆動連結されている。なお、減速機構３３を構成するメインギヤ４１と中間ギヤ４２とモータギヤ４３は、樹脂により形成されている。

このような構成の流量制御弁１は、減速機構３３を介してモータ３２の駆動力を回転軸１５に伝達させることにより、回転軸１５をシャフト軸Ｌｓを中心に回転させる。これにより、流量制御弁１は、弁体１４のシール面１８が弁座１３のシート面１７に接する全閉状態（図３参照）や、弁体１４のシール面１８がシート面１７から最も離れる開弁状態（図４参照）になる。

本実施形態では、流量制御弁１は、図６などに示すように、リップシール５１を有する。リップシール５１は、弁座１３の一部を構成する部材であり、シート面１７が形成されたリップ部５２を備えている。そして、後述するように、このリップ部５２は、弁体１４が弁座１３に向かって移動するときに、弁体１４に押されて撓む。ここで、リップシール５１は、本発明の「弁体移動方向規制部材」の一例である。

また、弁体１４は、シャフト軸Ｌｓから偏心して設けられたピン１５ａの中心軸である偏心軸Ｌｅ（図６など参照）を中心に、回転軸１５に対して相対回転可能である。また、回転軸１５は、図９に示すように、回転軸１５に一体成形された突起であるストッパ５３を備えている。ストッパ５３は、弁体１４側に面して形成された第１面６１と第２面６２を備えている。ストッパ５３は、回転軸１５に対して弁体１４が偏心軸Ｌｅを中心に相対回転できる範囲を規定する。すなわち、弁体１４は、ストッパ５３の第１面６１や第２面６２に接すると、それ以上、回転軸１５に対して偏心軸Ｌｅを中心に相対回転できなくなる。このようにして、弁体１４は、ストッパ５３の第１面６１に接する位置とストッパ５３の第２面６２に接する位置との間の範囲内で、回転軸１５に対して偏心軸Ｌｅを中心に相対回転することができる。なお、図９においては、弁体１４は、ストッパ５３の第２面６２に接している。

また、流量制御弁１は、図５や図６などに示すように、素線を弦巻(コイル)状に巻いたコイルばねであるスプリング５４を有する。スプリング５４は、弁体１４と回転軸１５との間に設けられている。詳しくは、スプリング５４を構成する素線の一端部は弁体１４に取り付けられ、スプリング５４を構成する素線の他端部は回転軸１５に取り付けられている。スプリング５４は、弁体１４をストッパ５３方向へ付勢する。

このような構成の本実施形態の流量制御弁１において、開弁状態から全閉状態に移行するときの作用について説明する。

まず、開弁状態において、弁体１４は、図１０に示すように、スプリング５４の付勢力Ｆｓにより、回転軸１５のストッパ５３の第１面６１方向へ付勢されている。これにより、弁体１４の面１４ａは、ストッパ５３の第１面６１に接している。なお、弁体１４の面１４ａは、詳細には、図１０に示すように、弁体１４の円板状の部分における回転軸１５のピン１５ａ側の端面である。

そして、モータ３２の駆動力Ｆｍにより回転軸１５がシャフト軸Ｌｓを中心に回転すると、弁体１４は、シャフト軸Ｌｓを中心に回転軸１５と一体的に回転する。そして、図１１に示すように、弁体１４は、リップシール５１のリップ部５２に接する。これにより、弁体１４は、リップシール５１により、シャフト軸Ｌｓを中心に回転軸１５と一体的に回転することを止められる。このようにして、リップシール５１は、弁体１４が接したときに、シャフト軸Ｌｓを中心に回転軸１５と一体的に回転する弁体１４の回転を止める。このとき、流量制御弁１は着座状態になり、本発明における「回転停止時」に該当する。

また、このとき、弁体１４の面１４ａは、回転軸１５のストッパ５３の第１面６１に接しており、偏心軸Ｌｅは、シャフト軸Ｌｓを通り弁体１４の径方向に平行な水平線Ｌｘに対して弁座１３から離れる側（弁座１３側とは反対側）の位置にある第１位置Ｐ１に配置されている。そして、シャフト軸Ｌｓと偏心軸Ｌｅとを結んだ線Ｌ１は、水平線Ｌｘに対して角度θ１傾いている。

そして、さらに、モータ３２の駆動力Ｆｍにより回転軸１５がシャフト軸Ｌｓを中心に回転すると、弁体１４は、シャフト軸Ｌｓを中心に回転軸１５と一体的に回転しないで、図１２に示すように、弁座１３に向かって移動する。そして、弁体１４の面１４ａは、回転軸１５のストッパ５３の第２面６２に接する。すなわち、弁体１４は、リップシール５１によりシャフト軸Ｌｓを中心に回転軸１５と一体的に回転することを止められているので、シャフト軸Ｌｓ中心に回転する回転軸１５に対して、偏心軸Ｌｅを中心に相対回転する。また、回転軸１５がシャフト軸Ｌｓを中心に回転するので、偏心軸Ｌｅは、弁座１３に向かって移動する。そのため、弁体１４は弁座１３に向かって移動し、弁体１４の面１４ａはストッパ５３の第２面６２に接する。そして、このとき、流量制御弁１は全閉状態になり、本発明における「ストッパ接触時」に該当する。

このようにして、リップシール５１は、シャフト軸Ｌｓを中心に回転軸１５と一体的に回転する弁体１４の回転を止めた後、シャフト軸Ｌｓを中心に回転する回転軸１５に対して、弁体１４を偏心軸Ｌｅを中心に相対回転させながら、弁体１４を弁座１３に向けて移動させる。

このとき、弁体１４に押されてリップ部５２が撓むときにリップ部５２に発生する反力は、スプリング５４が弁体１４をストッパ５３方向へ付勢する付勢力Ｆｓよりも大きい。これにより、弁体１４は、当該弁体１４がリップシール５１に接したときの姿勢を保ちながら、弁座１３に向かって移動する。なお、このとき、付勢力Ｆｓは、図１０や図１１のときの向きとは反対の向きに作用している。

また、このとき、図１２に示すように、偏心軸Ｌｅは、水平線Ｌｘに対して弁座１３側にある第２位置Ｐ２に配置されている。そして、シャフト軸Ｌｓと偏心軸Ｌｅを結んだ線Ｌ１は、水平線Ｌｘに対して角度θ２傾いている。なお、θ１＝θ２とすることが望ましい。

ここで、弁体１４がリップシール５１のリップ部５２に接した着座状態（図１１に示す状態）から、流量制御弁１が全閉状態（図１２に示す状態）になるまでの間においては、図１３に示すように、偏心軸Ｌｅの理論上の軌道ＴＲ_０は円弧状になると考えられる。そうすると、図１３に示す水平線Ｌｘ方向についての移動量Ｘ分、リップシール５１に対して弁体１４が移動して、弁体１４とリップシール５１とが摺動すると考えられる。しかしながら、実際には弁体１４とリップシール５１との間には摩擦力が発生するので、弁体１４とリップシール５１の摺動が抑制される。

ここで、本実施形態では、第１軸受３７と第２軸受３８のガタ量δ（図１３参照）、すなわち、第１軸受３７と第２軸受３８に対して回転軸１５が当該回転軸１５の径方向に相対移動可能な量は、前記の移動量Ｘよりも大きくしている。これにより、本実施形態では、弁体１４とリップシール５１の摺動が抑制される一方で、移動量Ｘ分、回転軸１５が当該回転軸１５の径方向に往復移動する。したがって、偏心軸Ｌｅが第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に移動するときの偏心軸Ｌｅの実際の軌道ＴＲは、図１３に示すように、円周状とならず直線状になる。このようにして、弁体１４とリップシール５１との摺動が抑制される。なお、図１３において、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との距離が、弁体１４が弁座１３（詳しくは、リップシール５１）を押し付ける量に相当する。

なお、本実施形態では、流量制御弁１は、第１軸受３７と第２軸受３８の２つの軸受を有しているが、第１軸受３７と第２軸受３８の代わりに１つの軸受を有していてもよく、また、３つ以上の軸受を有していてもよい。

以上のような本実施形態の流量制御弁１は、リップシール５１を有する。そして、このリップシール５１は、シャフト軸Ｌｓを中心に回転軸１５と一体的に回転する弁体１４の回転を止めた後、シャフト軸Ｌｓを中心に回転する回転軸１５に対して、弁体１４を偏心軸Ｌｅを中心に相対回転させながら、弁体１４を弁座１３に向けて移動させる。

このようにして、開弁状態から全閉状態に移行するときに、弁体１４の回転を止めた後に、弁体１４を弁座１３に向けて移動させる。そのため、弁座１３付近における弁体１４の回転移動による弁座１３（詳しくは、リップシール５１）と弁体１４との間の摩耗を抑制できる。また、弁体１４を弁座１３に押し付けることができるので、弁座１３と弁体１４の間のシール性が向上する。したがって、全閉状態において、流路１１の封止を確保できる。

また、本実施形態では、流量制御弁１は、回転軸１５に対して弁体１４を偏心軸Ｌｅを中心に相対回転させることができる範囲を規定するストッパ５３と、弁体１４と回転軸１５との間に設けられ弁体１４をストッパ５３方向へ付勢するスプリング５４と、を有する。そして、リップシール５１は、弁体１４を弁座１３に向けて移動させるときに弁体１４に押されて撓むリップ部５２を備えている。そして、リップ部５２が撓むときにリップ部５２に発生する反力は、スプリング５４が弁体１４をストッパ５３方向へ付勢する付勢力Ｆｓよりも大きい。これにより、弁体１４は、当該弁体１４がリップシール５１に接したときの姿勢を保ちながら、弁座１３に向かって移動する。したがって、弁座１３と弁体１４の間のシール性が向上する。

また、本実施形態では、リップシール５１により弁体１４の回転を止めた回転停止時、すなわち、着座状態において、偏心軸Ｌｅは、水平線Ｌｘに対して弁座１３側とは反対側にある第１位置Ｐ１に配置される。そして、前記回転停止時の後、リップシール５１により弁体１４を弁座１３に向けて移動させて弁体１４がストッパ５３の第２面６２に接したストッパ接触時、すなわち、全閉状態において、偏心軸Ｌｅは、水平線Ｌｘに対して弁座１３側にある第２位置Ｐ２に配置される。このようにして、弁体１４はリップシール５１に接した後にさらに弁座１３に向かって移動する。そのため、弁座１３と弁体１４の間のシール性が向上する。

また、本実施形態では、第１軸受３７と第２軸受３８のガタ量δは、偏心軸Ｌｅが第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間を移動するときに回転軸１５が当該回転軸１５の径方向に移動する量よりも大きい。これにより、着座状態から全閉状態に移行するときに、回転軸１５は、第１軸受３７と第２軸受３８に制止されずに、回転軸１５の径方向に移動できる。そのため、回転軸１５が移動することにより弁体１４が移動することが抑制されるので、弁体１４とリップシール５１との摺動が抑制される。

また、本実施形態では、ストッパ５３は、回転軸１５に一体形成された突起である。これにより、部品点数を減らすことができるので、コストを低減できる。

次に、本実施形態の流量制御弁１の適用例について説明する。本実施形態の流量制御弁１は、例えば、以下に説明する燃料電池システム１０１において、エア系１１３における統合弁１８１に適用される。そこで、燃料電池システム１０１について説明する。

燃料電池システム１０１は、電動自動車に搭載され、その駆動用モータ（図示略）に電力を供給するために使用される。燃料電池システム１０１は、図１４に示すように、燃料電池（ＦＣスタック）１１１と、水素系１１２と、エア系１１３を有する。

燃料電池１１１は、燃料ガスの供給と酸化剤ガスの供給を受けて発電を行う。本実施形態では、燃料ガスは水素ガスであり、酸化剤ガスはエアである。すなわち、燃料電池１１１は、水素系１１２からの水素ガスの供給と、エア系１１３からのエアの供給を受けて発電を行う。そして、燃料電池１１１で発電された電力は、インバータ（図示略）を介して駆動用モータ（図示略）に供給される。

水素系１１２は、燃料電池１１１のアノード側に設けられている。この水素系１１２は、水素供給通路１２１、水素排出通路１２２、充填通路１２３を備えている。水素供給通路１２１は、水素タンク１３１から燃料電池１１１へ水素ガスを供給するための通路である。水素排出通路１２２は、燃料電池１１１から排出される水素ガス（以下、適宜、「水素オフガス」という。）を排出するための通路である。充填通路１２３は、充填口１５１から水素タンク１３１に水素ガスを充填するための通路である。

水素系１１２は、水素供給通路１２１において、水素タンク１３１側から順に、主止弁１３２、高圧レギュレータ１３３、中圧リリーフ弁１３４、圧力センサ１３５、インジェクタ部１３６、低圧リリーフ弁１３７、圧力センサ１３８を備えている。主止弁１３２は、水素タンク１３１から水素供給通路１２１への水素ガスの供給と遮断を切り換える弁である。高圧レギュレータ１３３は、水素ガスを減圧するための圧力調整弁である。中圧リリーフ弁１３４は、水素供給通路１２１における高圧レギュレータ１３３とインジェクタ部１３６の間の圧力が所定圧力以上になると開弁して圧力を所定圧力未満に調整する弁である。圧力センサ１３５は、水素供給通路１２１における高圧レギュレータ１３３とインジェクタ部１３６の間の圧力を検出するセンサである。インジェクタ部１３６は、水素ガスの流量を調節する機構である。低圧リリーフ弁１３７は、水素供給通路１２１におけるインジェクタ部１３６と燃料電池１１１の間の圧力が所定圧力以上になると開弁して圧力を所定圧力未満に調整する弁である。圧力センサ１３８は、水素供給通路１２１におけるインジェクタ部１３６と燃料電池１１１の間の圧力を検出するセンサである。

また、水素系１１２は、水素排出通路１２２において、燃料電池１１１側から順に、気液分離器１４１、排気排水弁１４２が配置されている。気液分離器１４１は、水素オフガス内の水分を分離する機器である。排気排水弁１４２は、気液分離器１４１からエア系１１３の希釈器１８２への水素オフガスや水分の排出と遮断を切り換える弁である。

エア系１１３は、燃料電池１１１のカソード側に設けられている。このエア系１１３は、エア供給通路１６１、エア排出通路１６２、バイパス通路１６３を備えている。エア供給通路１６１は、燃料電池システム１０１の外部から燃料電池１１１へ、エアを供給するための通路である。エア排出通路１６２は、燃料電池１１１から排出されるエア（以下、適宜、「エアオフガス」という。）を排出するための通路である。バイパス通路１６３は、エア供給通路１６１から燃料電池１１１を介さずにエア排出通路１６２へ、エアを流すための通路である。

エア系１１３は、エア供給通路１６１において、エアクリーナ１７１側から順に、エアポンプ１７２、インタークーラ１７３、封止弁１７４を備えている。エアクリーナ１７１は、燃料電池システム１０１の外部から取り込んだエアを清浄化する機器である。エアポンプ１７２は、エアの流量を調整する機器である。インタークーラ１７３は、エアを冷却する機器である。封止弁１７４は、燃料電池１１１へのエアの供給と遮断を切り換える弁である。

また、エア系１１３は、エア排出通路１６２において、燃料電池１１１側から順に、統合弁１８１、希釈器１８２が配置されている。

統合弁１８１は、燃料電池１１１からのエアオフガスの排出と遮断を切り換える弁（エアの封止機能を備えた弁）であるとともに、燃料電池１１１からのエアオフガスの排出量を制御する弁（流量の制御機能を備えた弁）である。そして、本実施形態では、統合弁１８１として、前記の流量制御弁１を適用する。このとき、前記の図３と図４において、弁座１３に対して弁体１４や回転軸１５とは反対側に形成される流路１１が燃料電池１１１側に配置され、弁座１３に対して弁体１４や回転軸１５側に形成される流路１１が希釈器１８２側に配置されている。すなわち、本実施形態では、エアは、統合弁１８１の流路１１内において、弁座１３側から弁体１４（回転軸１５）側に向かって流れる。

希釈器１８２は、エアオフガス及びバイパス通路１６３を流れるエアにより、水素排出通路１２２から排出される水素オフガスを希釈する機器である。

また、エア系１１３は、バイパス通路１６３において、バイパス弁１９１を備えている。バイパス弁１９１は、バイパス通路１６３におけるエアの流量を制御する弁である。

また、燃料電池システム１０１は、システムの制御を司るコントローラ２０１を備えている。コントローラ２０１は、燃料電池システム１０１に備わる各機器を制御する。なお、燃料電池システム１０１は、その他、燃料電池１１１の冷却を行う冷却系（不図示）も有する。

以上のような構成の燃料電池システム１０１において、水素供給通路１２１から燃料電池１１１に供給された水素ガスは、燃料電池１１１にて発電に使用された後、燃料電池１１１から水素オフガスとして水素排出通路１２２と希釈器１８２を介して、燃料電池システム１０１の外部に排出される。また、エア供給通路１６１から燃料電池１１１に供給されたエアは、燃料電池１１１にて発電に使用された後、燃料電池１１１からエアオフガスとしてエア排出通路１６２と希釈器１８２を介して、燃料電池システム１０１の外部に排出される。

そして、このような燃料電池システム１０１において、エア系１１３における統合弁１８１に本実施形態の流量制御弁１を適用すれば、統合弁１８１において、弁座１３付近における弁体１４の回転移動による弁座１３と弁体１４との間の摩耗を抑制できる。これにより、統合弁１８１は、全閉状態においてシール性を確保できる。そのため、燃料電池１１１の発電が停止しているときにおいて、統合弁１８１を全閉状態にして、燃料電池１１１の密閉度を高めることができる。したがって、燃料電池１１１内で反応が起こり難くなり、燃料電池１１１内での酸化による劣化を抑制できる。

なお、本実施形態の流量制御弁１は、燃料電池システム１０１において、エア系１１３における封止弁１７４やバイパス弁１９１にも適用できる。

また、変形例として、図１５に示すように、流量制御弁１は、弁座１３から弁体１４側に向かって突出して設けられる突起部７１を有していてもよい。突起部７１は、側面７２（ガイド部）を備える。側面７２は、シャフト軸Ｌｓを中心に回転軸１５と一体的に回転する弁体１４の回転を止めたときに弁体１４の回転方向の先端１４ｂに接する。そして、側面７２は、回転軸１５に対して弁体１４を偏心軸Ｌｅを中心に相対回転させながら弁体１４を弁座１３に向けて移動させるときに、弁体１４の移動を案内する。ここで、突起部７１は、本発明の「弁体移動方向規制部材」の一例である。なお、弁座１３に、弁体１４の全閉状態時にシール性を確保するためのシール部材８１が設けられている。このように、変形例の流量制御弁１は、突起部７１の側面７２により弁体１４の移動を案内するので、弁座１３付近における弁体１４の回転移動による弁座１３（シール部材８１）と弁体１４との間の摩耗を抑制できる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

１流量制御弁
１３弁座
１４弁体
１５回転軸
１５ａピン
１６弁孔
１７シート面
１８シール面
３２モータ
３７第１軸受
３８第２軸受
５１リップシール
５２リップ部
５３ストッパ
５４スプリング
６１第１面
６２第２面
７１突起部
７２側面
１０１燃料電池システム
１１１燃料電池
１１２水素系
１１３エア系
１６２エア排出通路
１７４封止弁
１８１統合弁
１９１バイパス弁
Ｌｓシャフト軸
Ｌｅ偏心軸
Ｌ１（シャフト軸と偏心軸を結んだ）線
Ｌｘ水平線
Ｆｓ付勢力
Ｆｍモータの駆動力
Ｐ１第１位置
Ｐ２第２位置
θ１角度
θ２角度
Ｘ移動量
δ ガタ量

Claims

弁孔と前記弁孔の縁部に形成されたシート面を備える弁座と、
前記シート面に対応するシール面が外周に形成された弁体と、
前記弁体が一体的に設けられる回転軸と、を有し、
前記回転軸の中心軸が前記弁孔の中心軸から前記弁孔の径方向へ偏心して配置されると共に、前記シール面が前記回転軸の中心軸から前記弁体の中心軸が伸びる方向へ偏心して配置される流量制御弁において、
前記回転軸の中心軸を中心に前記回転軸と一体的に回転する前記弁体の回転を止めた後、前記回転軸の中心軸を中心に回転する前記回転軸に対して、前記弁体を前記回転軸の中心軸から偏心した偏心軸を中心に相対回転させながら、前記弁体を前記弁座に向けて移動させる弁体移動方向規制部材と、
前記回転軸に対して前記弁体が前記偏心軸を中心に相対回転できる範囲を規定するストッパと、
前記回転軸と前記弁体との間に設けられ前記弁体を前記ストッパ方向へ付勢するスプリングと、を有し、
前記弁体移動方向規制部材は、前記弁座の一部を構成する部材であって、前記弁体を前記弁座に向けて移動させるときに前記弁体に押されて撓むリップ部を備え、
前記リップ部が撓むときに前記リップ部に発生する反力は、前記スプリングが前記弁体を前記ストッパ方向へ付勢する力よりも大きいこと、
を特徴とする流量制御弁。
請求項１の流量制御弁において、
前記弁体移動方向規制部材により前記弁体の回転を止めた回転停止時に、前記偏心軸は、前記回転軸の中心軸を通り前記弁体の径方向に平行な水平線に対して前記弁座側とは反対側にある第１位置に配置され、
前記回転停止時の後、前記弁体移動方向規制部材により前記弁体を前記弁座に向けて移動させて前記弁体が前記ストッパに接したストッパ接触時に、前記偏心軸は、前記水平線に対して前記弁座側にある第２位置に配置されること、
を特徴とする流量制御弁。
請求項２の流量制御弁において、
前記回転軸を支持する軸受を有し、
前記軸受に対して前記回転軸が当該回転軸の径方向に相対移動可能な量は、前記偏心軸が前記第１位置と前記第２位置との間を移動するときに前記回転軸が当該回転軸の径方向に移動する量よりも大きいこと、
を特徴とする流量制御弁。
請求項１乃至３のいずれか１つの流量制御弁において、
前記ストッパは、前記回転軸に一体形成された突起であること、
を特徴とする流量制御弁。