WO2017134956A1 - 流量制御弁 - Google Patents

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WO2017134956A1
WO2017134956A1 PCT/JP2016/088345 JP2016088345W WO2017134956A1 WO 2017134956 A1 WO2017134956 A1 WO 2017134956A1 JP 2016088345 W JP2016088345 W JP 2016088345W WO 2017134956 A1 WO2017134956 A1 WO 2017134956A1
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WO
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valve
valve body
shaft
flow control
rotating shaft
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PCT/JP2016/088345
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French (fr)
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福井　誠
吉岡　衛
成人 伊東
貴樹 稲垣
佳純 三島
Original Assignee
愛三工業株式会社
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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a flow control valve in which the center of rotation (rotating shaft) of the valve body is arranged eccentrically from the center of the valve hole, and the seal surface of the valve body is arranged eccentrically from the rotating shaft.
  • Patent Document 1 discloses that when the valve is closed from the fully open position, the rotary shaft is rotated and the eccentric cam is rotated 180 °, whereby the valve shaft is pushed by the coil spring, and the valve plate is moved to the valve plate.
  • a butterfly valve that is pressed against a seat is disclosed.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a flow control valve that can suppress wear between the valve seat and the valve body due to the rotational movement of the valve body in the vicinity of the valve seat. With the goal.
  • a valve seat including a valve hole and a seat surface formed at an edge of the valve hole, and a seal surface corresponding to the seat surface are formed on the outer periphery.
  • the seal surface rotates integrally with the rotary shaft around the central axis of the rotary shaft.
  • valve body movement direction restricting member that moves the valve body toward the valve seat. Rukoto, characterized by.
  • the valve body when shifting from the valve open state to the fully closed state, the valve body can be moved toward the valve seat after stopping the rotation of the valve body. Therefore, wear between the valve seat and the valve body due to the rotational movement of the valve body in the vicinity of the valve seat can be suppressed. Further, since the valve body can be pressed against the valve seat, the sealing performance between the valve seat and the valve body is improved. Therefore, the sealing of the flow path can be ensured in the fully closed state.
  • a stopper that defines a range in which the valve body can rotate relative to the rotating shaft around the eccentric shaft, and the valve body provided between the rotating shaft and the valve body
  • a spring that biases in the direction of the stopper, and the valve body movement direction restricting member is a member that constitutes a part of the valve seat, and moves the valve body toward the valve seat.
  • the lip portion is bent by being pushed by the valve body, and the reaction force generated in the lip portion when the lip portion is bent is larger than the force by which the spring biases the valve body in the stopper direction. It is preferable.
  • the valve body can move toward the valve body while maintaining its posture. Therefore, the sealing performance between the valve seat and the valve body is improved.
  • the eccentric shaft passes through the central axis of the rotation shaft and is parallel to the radial direction of the valve body.
  • the valve body is disposed at a first position opposite to the valve seat side, and after the rotation is stopped, the valve body is moved toward the valve seat by the valve body movement direction regulating member.
  • the eccentric shaft is preferably disposed at a second position on the valve seat side with respect to the horizontal line.
  • the valve body can be more reliably pressed against the valve seat, so that the sealing performance between the valve seat and the valve body is improved.
  • the bearing includes a bearing that supports the rotating shaft, and the amount by which the rotating shaft can move relative to the bearing in the radial direction of the rotating shaft is such that the eccentric shaft is positioned at the first position and the first position. It is preferable that the rotation axis is larger than an amount of movement in the radial direction of the rotation shaft when moving between the second positions.
  • the rotating shaft can move in the radial direction of the rotating shaft without being restrained by the bearing. For this reason, the movement of the valve body due to the movement of the rotating shaft is suppressed, so that the sliding between the valve body and the valve seat is suppressed.
  • the stopper is a protrusion integrally formed with the rotating shaft.
  • the valve body movement direction regulating member is a projection provided to project from the valve seat side toward the valve body side, and the projection is centered on a central axis of the rotation shaft.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a partially broken valve portion in a valve open state. It is a side view which shows a valve seat, a valve body, and a rotating shaft in a fully closed state.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 5.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
  • FIG. 9 is a sectional view taken along the line DD of FIG. FIG.
  • FIG. 9 is a schematic view at the EE cross-sectional position of FIG. 8 in a valve open state.
  • FIG. 9 is a schematic view at the EE cross-sectional position of FIG. 8 in a seated state.
  • FIG. 9 is a schematic view at the EE cross-sectional position of FIG. 8 in the fully closed state. It is a figure which shows the position of the eccentric shaft in a seating state and a fully closed state.
  • It is a schematic block diagram of a fuel cell system. It is the schematic which shows the flow control valve of a modification.
  • the flow control valve 1 of this embodiment will be described. As will be described later, the flow control valve 1 is applied to, for example, an integrated valve 181 (see FIG. 14) in the air system 113 in the fuel cell system 101.
  • the flow control valve 1 includes a valve portion 2 and a drive mechanism portion 3.
  • the valve section 2 includes a pipe section 12 (see FIG. 7) having a flow path 11 through which a fluid flows. Inside the flow path 11, a valve seat 13, a valve body 14, and a rotating shaft 15 (see FIG. 3 and the like). Is arranged.
  • the drive mechanism unit 3 includes a motor 32 and a speed reduction mechanism 33 (see FIG. 7). The driving mechanism unit 3 transmits the driving force of the motor 32 to the rotating shaft 15.
  • a step portion 10 is formed in the flow path 11, and a valve seat 13 is incorporated in the step portion 10.
  • the valve seat 13 has an annular shape and has a valve hole 16 in the center.
  • An annular seat surface 17 is formed at the edge of the valve hole 16.
  • the valve body 14 includes a disk-shaped portion, and an annular seal surface 18 corresponding to the seat surface 17 is formed on the outer periphery thereof.
  • the valve body 14 is provided integrally with the rotary shaft 15 and can rotate integrally with the rotary shaft 15.
  • the shaft axis Ls which is the central axis of the rotating shaft 15, extends in parallel to the diameter direction of the valve body 14 (specifically, the diameter direction of the disc-shaped portion of the valve body 14).
  • the seal surface 18 of the valve element 14 is eccentrically arranged in the radial direction of the valve hole 16 from the central axis Lh of the valve hole 16 and is eccentrically arranged in the direction in which the central axis Lv of the valve element 14 extends from the shaft axis Ls. ing.
  • the flow control valve 1 is a double eccentric valve.
  • the valve housing 35 made of metal or synthetic resin includes a flow path 11 and a pipe portion 12.
  • the end frame 36 made of metal or synthetic resin closes the open end of the valve housing 35.
  • the valve body 14 and the rotating shaft 15 are provided in the valve housing 35.
  • the rotating shaft 15 includes a pin 15a at the tip.
  • the pin 15a is provided at one end (the valve body 14 side) of the shaft axis Ls direction.
  • the diameter of the pin 15 a is smaller than the diameter of the portion other than the pin 15 a on the rotating shaft 15.
  • a base end portion 15b is provided at the other end portion (on the main gear 41 side) in the shaft axis Ls direction.
  • the rotary shaft 15 is arranged such that the distal end side with the pin 15 a is a free end, and the distal end portion is inserted into the flow path 11 of the tube portion 12.
  • the rotating shaft 15 is cantilevered so as to be rotatable with respect to the valve housing 35 via a first bearing 37 and a second bearing 38 which are two bearings arranged apart from each other. Both the first bearing 37 and the second bearing 38 are ball bearings.
  • the 1st bearing 37 and the 2nd bearing 38 are arrange
  • the first bearing 37 is arranged at a position on the main gear 41 side with respect to the second bearing 38.
  • the valve body 14 is attached to a pin 15 a formed at the tip of the rotating shaft 15 and is disposed in the flow path 11.
  • a main gear 41 is fixed to the base end portion 15b of the rotating shaft 15.
  • a return spring 40 that generates a return spring force is provided between the valve housing 35 and the main gear 41.
  • the return spring force is a force that rotates the rotating shaft 15 in the valve closing direction, and is a force that urges the valve body 14 in the closing direction.
  • the main gear 41 is provided integrally with the rotary shaft 15 and receives a driving force generated by the motor 32.
  • the motor 32 generates a driving force that rotates the rotary shaft 15 about the shaft axis Ls. As shown in FIG. 7, the motor 32 is connected to the rotary shaft 15 through the speed reduction mechanism 33 so that the driving force is transmitted. That is, the motor gear 43 is fixed to the motor 32. The motor gear 43 is coupled so that a driving force is transmitted to the main gear 41 via the intermediate gear 42.
  • the intermediate gear 42 is rotatably supported by the valve housing 35 via the pin shaft 44.
  • a main gear 41 and a motor gear 43 are drivingly connected to the intermediate gear 42.
  • the main gear 41, the intermediate gear 42, and the motor gear 43 that constitute the speed reduction mechanism 33 are made of resin.
  • the flow control valve 1 having such a configuration rotates the rotating shaft 15 around the shaft axis Ls by transmitting the driving force of the motor 32 to the rotating shaft 15 via the speed reduction mechanism 33.
  • the fully closed state in which the seal surface 18 of the valve body 14 contacts the seat surface 17 of the valve seat 13, or the seal surface 18 of the valve body 14 is farthest from the seat surface 17.
  • the valve is opened (fully opened) (see FIG. 4).
  • the flow control valve 1 has a lip seal 51 as shown in FIG.
  • the lip seal 51 is a member constituting a part of the valve seat 13 and includes a lip portion 52 on which the seat surface 17 is formed. As will be described later, when the valve body 14 moves toward the valve seat 13, the lip portion 52 is pushed by the valve body 14 and bends.
  • the lip seal 51 is an example of the “valve element movement direction regulating member” in the present invention.
  • valve body 14 is rotatable relative to the rotary shaft 15 around an eccentric shaft Le (see FIG. 6 and the like) that is a central axis of a pin 15a provided eccentric from the shaft axis Ls.
  • eccentric shaft Le see FIG. 6 and the like
  • the rotating shaft 15 is integrally formed with the rotating shaft 15 so as to protrude in the direction toward the pin 15 a from the columnar portion supported by the first bearing 37 and the second bearing 38.
  • a stopper 53 which is a protrusion is provided.
  • the stopper 53 includes a first surface 61 and a second surface 62 formed facing the valve body 14 side. The stopper 53 defines a range in which the valve body 14 can rotate relative to the rotation shaft 15 around the eccentric shaft Le.
  • valve body 14 when the valve body 14 is in contact with the first surface 61 and the second surface 62 of the stopper 53, the valve body 14 can no longer be rotated relative to the rotation shaft 15 around the eccentric shaft Le. In this way, the valve body 14 is centered on the eccentric shaft Le with respect to the rotary shaft 15 within a range between a position in contact with the first surface 61 of the stopper 53 and a position in contact with the second surface 62 of the stopper 53. Can be rotated relative to each other. In FIG. 9, the valve body 14 is in contact with the second surface 62 of the stopper 53.
  • the flow control valve 1 includes a spring 54 that is a coil spring in which a wire is wound in a string shape (coil).
  • the spring 54 is provided between the valve body 14 and the rotary shaft 15. Specifically, one end of the wire constituting the spring 54 is attached to the valve body 14, and the other end of the wire constituting the spring 54 is attached to the rotating shaft 15. The spring 54 urges the valve body 14 toward the stopper 53.
  • the valve body 14 is urged toward the first surface 61 of the stopper 53 of the rotary shaft 15 by the urging force Fs of the spring 54 as shown in FIG.
  • the end surface 14 a of the valve body 14 is in contact with the first surface 61 of the stopper 53.
  • the end surface 14a of the valve body 14 is an end surface on the pin 15a side of the rotary shaft 15 in the disc-shaped portion of the valve body 14, as shown in FIG.
  • the valve body 14 rotates integrally with the rotating shaft 15 about the shaft axis Ls.
  • the valve element 14 contacts the lip portion 52 of the lip seal 51.
  • the lip seal 51 stops the rotation of the valve body 14 that rotates integrally with the rotary shaft 15 about the shaft axis Ls when the valve body 14 comes into contact.
  • the flow control valve 1 is in the seated state, which corresponds to “when rotation is stopped” in the present invention.
  • the end surface 14a of the valve body 14 is in contact with the first surface 61 of the stopper 53 of the rotating shaft 15, and the eccentric shaft Le passes through the shaft axis Ls and is parallel to the radial direction of the valve body 14 in the horizontal line Lx.
  • the first position P1 is located on the side away from the valve seat 13 (the side opposite to the valve seat 13).
  • a line L1 connecting the shaft axis Ls and the eccentric axis Le is inclined by an angle ⁇ 1 with respect to the horizontal line Lx.
  • the valve body 14 when the rotating shaft 15 rotates around the shaft axis Ls by the driving force Fm of the motor 32, the valve body 14 does not rotate integrally with the rotating shaft 15 around the shaft axis Ls, as shown in FIG. Thus, it moves toward the valve seat 13.
  • the end surface 14 a of the valve body 14 is in contact with the second surface 62 of the stopper 53 of the rotating shaft 15. That is, since the valve body 14 is prevented from rotating integrally with the rotary shaft 15 around the shaft axis Ls by the lip seal 51, the valve body 14 is eccentric with respect to the rotary shaft 15 rotating around the shaft axis Ls. Relative rotation about Le. Further, since the rotation shaft 15 rotates around the shaft axis Ls, the eccentric shaft Le moves toward the valve seat 13.
  • valve body 14 moves toward the valve seat 13, and the end surface 14 a of the valve body 14 contacts the second surface 62 of the stopper 53. At this time, the flow control valve 1 is fully closed, which corresponds to “at the time of stopper contact” in the present invention.
  • the lip seal 51 stops the rotation of the valve body 14 that rotates integrally with the rotary shaft 15 about the shaft axis Ls, and then the rotary shaft 15 rotates about the shaft axis Ls.
  • the valve body 14 is moved toward the valve seat 13 while relatively rotating the valve body 14 about the eccentric shaft Le.
  • the reaction force generated in the lip portion 52 when the lip portion 52 is bent by being pushed by the valve body 14 is larger than the urging force Fs that the spring 54 urges the valve body 14 toward the stopper 53. Accordingly, the valve body 14 moves toward the valve seat 13 while maintaining the posture when the valve body 14 contacts the lip seal 51. At this time, the biasing force Fs acts in a direction opposite to the direction in FIGS. 10 and 11.
  • the eccentric shaft Le is disposed at the second position P2 on the valve seat 13 side with respect to the horizontal line Lx.
  • the theoretical trajectory TRo of the eccentric axis Le is considered to be an arc. Then, it is considered that the valve body 14 moves relative to the lip seal 51 by the amount of movement X in the horizontal line Lx direction shown in FIG. 13 so that the valve body 14 and the lip seal 51 slide. However, since a frictional force is actually generated between the valve body 14 and the lip seal 51, the sliding of the valve body 14 and the lip seal 51 is suppressed.
  • the amount of play ⁇ between the first bearing 37 and the second bearing 38 (see FIG. 13), that is, the rotating shaft 15 of the rotating shaft 15 is relative to the first bearing 37 and the second bearing 38.
  • the amount capable of relative movement in the radial direction is larger than the movement amount X.
  • the flow control valve 1 has two bearings, the first bearing 37 and the second bearing 38, but has one bearing instead of the first bearing 37 and the second bearing 38. It may also have three or more bearings.
  • the flow control valve 1 of the present embodiment as described above has a lip seal 51.
  • the lip seal 51 stops the rotation of the valve body 14 that rotates integrally with the rotary shaft 15 about the shaft axis Ls, and then the valve body with respect to the rotary shaft 15 that rotates about the shaft axis Ls.
  • the valve body 14 is moved toward the valve seat 13 while relatively rotating the shaft 14 about the eccentric shaft Le.
  • valve element 14 is moved toward the valve seat 13 after stopping the rotation of the valve element 14 during the transition from the valve open state to the fully closed state. Therefore, wear between the valve seat 13 (specifically, the lip seal 51) and the valve body 14 due to the rotational movement of the valve body 14 in the vicinity of the valve seat 13 can be suppressed. Moreover, since the valve body 14 can be pressed against the valve seat 13, the sealing performance between the valve seat 13 and the valve body 14 is improved. Therefore, the sealing of the flow path 11 can be ensured in the fully closed state.
  • the flow control valve 1 includes a stopper 53 that defines a range in which the valve body 14 can be rotated relative to the rotation shaft 15 around the eccentric shaft Le, and the valve body 14 and the rotation shaft 15. And a spring 54 that urges the valve body 14 in a direction toward the stopper 53.
  • the lip seal 51 includes a lip portion 52 that is pushed and bent by the valve body 14 when the valve body 14 is moved toward the valve seat 13.
  • the reaction force generated in the lip portion 52 when the lip portion 52 bends is larger than the urging force Fs that the spring 54 urges the valve body 14 in the direction toward the stopper 53. Accordingly, the valve body 14 moves toward the valve seat 13 while maintaining the posture when the valve body 14 contacts the lip seal 51. Therefore, the sealing performance between the valve seat 13 and the valve body 14 is improved.
  • the eccentric shaft Le is located on the opposite side to the valve seat 13 side with respect to the horizontal line Lx. Arranged at one position P1. After the rotation is stopped, the valve body 14 is moved toward the valve seat 13 by the lip seal 51 and the valve body 14 is in contact with the second surface 62 of the stopper 53, that is, in the fully closed state. The eccentric shaft Le is disposed at the second position P2 on the valve seat 13 side with respect to the horizontal line Lx. In this way, the valve body 14 further moves toward the valve seat 13 after contacting the lip seal 51. Therefore, the sealing performance between the valve seat 13 and the valve body 14 is improved.
  • the backlash ⁇ between the first bearing 37 and the second bearing 38 is such that when the eccentric shaft Le is moved between the first position P1 and the second position P2, the rotating shaft 15 is the rotating shaft. 15 is greater than the amount of movement in the radial direction.
  • the rotating shaft 15 can move in the radial direction of the rotating shaft 15 without being restrained by the first bearing 37 and the second bearing 38. For this reason, movement of the valve body 14 due to the movement of the rotary shaft 15 is suppressed, so that sliding between the valve body 14 and the lip seal 51 is suppressed.
  • the stopper 53 is a protrusion formed integrally with the rotary shaft 15.
  • the flow control valve 1 of the present embodiment is applied to, for example, an integrated valve 181 in an air system 113 in a fuel cell system 101 described below. Therefore, the fuel cell system 101 will be described.
  • the fuel cell system 101 is mounted on an electric vehicle and used to supply power to a drive motor (not shown). As shown in FIG. 14, the fuel cell system 101 includes a fuel cell (FC stack) 111, a hydrogen system 112, and an air system 113.
  • FC stack fuel cell
  • hydrogen system 112 hydrogen system
  • air system 113 air system
  • the fuel cell 111 generates power by receiving supply of fuel gas and supply of oxidant gas.
  • the fuel gas is hydrogen gas
  • the oxidant gas is air. That is, the fuel cell 111 generates power by receiving supply of hydrogen gas from the hydrogen system 112 and supply of air from the air system 113.
  • the electric power generated by the fuel cell 111 is supplied to a drive motor (not shown) via an inverter (not shown).
  • the hydrogen system 112 is provided on the anode side of the fuel cell 111.
  • the hydrogen system 112 includes a hydrogen supply passage 121, a hydrogen discharge passage 122, and a filling passage 123.
  • the hydrogen supply passage 121 is a passage for supplying hydrogen gas from the hydrogen tank 131 to the fuel cell 111.
  • the hydrogen discharge passage 122 is a passage for discharging hydrogen gas discharged from the fuel cell 111 (hereinafter referred to as “hydrogen off-gas” as appropriate).
  • the filling passage 123 is a passage for filling the hydrogen tank 131 with hydrogen gas from the filling port 151.
  • the hydrogen system 112 includes a main stop valve 132, a high pressure regulator 133, an intermediate pressure relief valve 134, a pressure sensor 135, an injector unit 136, a low pressure relief valve 137, and a pressure sensor 138 in order from the hydrogen tank 131 side in the hydrogen supply passage 121.
  • the main stop valve 132 is a valve that switches between supply and shutoff of hydrogen gas from the hydrogen tank 131 to the hydrogen supply passage 121.
  • the high pressure regulator 133 is a pressure adjustment valve for reducing the pressure of hydrogen gas.
  • the intermediate pressure relief valve 134 is a valve that opens when the pressure between the high pressure regulator 133 and the injector unit 136 in the hydrogen supply passage 121 exceeds a predetermined pressure, and adjusts the pressure below the predetermined pressure.
  • the pressure sensor 135 is a sensor that detects the pressure between the high-pressure regulator 133 and the injector unit 136 in the hydrogen supply passage 121.
  • the injector unit 136 is a mechanism that adjusts the flow rate of hydrogen gas.
  • the low-pressure relief valve 137 is a valve that opens when the pressure between the injector section 136 and the fuel cell 111 in the hydrogen supply passage 121 is equal to or higher than a predetermined pressure, and adjusts the pressure to be lower than the predetermined pressure.
  • the pressure sensor 138 is a sensor that detects the pressure between the injector unit 136 and the fuel cell 111 in the hydrogen supply passage 121.
  • a gas-liquid separator 141 and an exhaust drain valve 142 are arranged in this order from the fuel cell 111 side in the hydrogen discharge passage 122.
  • the gas-liquid separator 141 is a device that separates moisture in the hydrogen off-gas.
  • the exhaust / drain valve 142 is a valve that switches between discharging and shutting off hydrogen off-gas and moisture from the gas-liquid separator 141 to the diluter 182 of the air system 113.
  • the air system 113 is provided on the cathode side of the fuel cell 111.
  • the air system 113 includes an air supply passage 161, an air discharge passage 162, and a bypass passage 163.
  • the air supply passage 161 is a passage for supplying air from the outside of the fuel cell system 101 to the fuel cell 111.
  • the air discharge passage 162 is a passage for discharging air discharged from the fuel cell 111 (hereinafter, appropriately referred to as “air off gas”).
  • the bypass passage 163 is a passage through which air flows from the air supply passage 161 to the air discharge passage 162 without passing through the fuel cell 111.
  • the air system 113 includes an air pump 172, an intercooler 173, and a sealing valve 174 in order from the air cleaner 171 side in the air supply passage 161.
  • the air cleaner 171 is a device that cleans the air taken from the outside of the fuel cell system 101.
  • the air pump 172 is a device that adjusts the flow rate of air.
  • the intercooler 173 is a device that cools air.
  • the sealing valve 174 is a valve that switches between supplying and shutting off air to the fuel cell 111.
  • an integrated valve 181 and a diluter 182 are arranged in order from the fuel cell 111 side in the air discharge passage 162.
  • the integrated valve 181 is a valve (a valve having an air sealing function) that switches between discharging and shutting off the air-off gas from the fuel cell 111, and a valve that controls the amount of air-off gas discharged from the fuel cell 111 (control of the flow rate). Valve with function).
  • the flow control valve 1 is applied as the integrated valve 181.
  • the flow path 11 formed on the side opposite to the valve body 14 and the rotating shaft 15 with respect to the valve seat 13 is arranged on the fuel cell 111 side, and
  • the flow path 11 formed on the valve body 14 and the rotating shaft 15 side is arranged on the diluter 182 side. That is, in the present embodiment, air flows from the valve seat 13 side toward the valve body 14 (rotating shaft 15) side in the flow path 11 of the integrated valve 181.
  • the diluter 182 is a device for diluting the hydrogen off-gas discharged from the hydrogen discharge passage 122 with the air off-gas and the air flowing through the bypass passage 163.
  • the air system 113 includes a bypass valve 191 in the bypass passage 163.
  • the bypass valve 191 is a valve that controls the flow rate of air in the bypass passage 163.
  • the fuel cell system 101 includes a controller 201 that controls the system.
  • the controller 201 controls each device provided in the fuel cell system 101.
  • the fuel cell system 101 also has a cooling system (not shown) that cools the fuel cell 111.
  • the hydrogen gas supplied from the hydrogen supply passage 121 to the fuel cell 111 is used for power generation in the fuel cell 111, and then the hydrogen discharge passage from the fuel cell 111 as hydrogen off-gas. It is discharged to the outside of the fuel cell system 101 through 122 and the diluter 182.
  • the air supplied from the air supply passage 161 to the fuel cell 111 is used for power generation in the fuel cell 111, and then the fuel cell system passes through the air discharge passage 162 and the diluter 182 as air off gas from the fuel cell 111. 101 is discharged to the outside.
  • the flow control valve 1 of this embodiment is applied to the integrated valve 181 in the air system 113, the valve due to the rotational movement of the valve body 14 in the vicinity of the valve seat 13 in the integrated valve 181. Wear between the seat 13 and the valve body 14 can be suppressed. Thereby, the integrated valve 181 can ensure sealing performance in the fully closed state. Therefore, when the power generation of the fuel cell 111 is stopped, the integrated valve 181 can be fully closed to increase the sealing degree of the fuel cell 111. Therefore, the reaction hardly occurs in the fuel cell 111, and deterioration due to oxidation in the fuel cell 111 can be suppressed.
  • the flow control valve 1 of the present embodiment can also be applied to the sealing valve 174 and the bypass valve 191 in the air system 113 in the fuel cell system 101.
  • the flow control valve 1 may have a protrusion 71 provided to protrude from the valve seat 13 toward the valve body 14.
  • the protrusion 71 includes a side surface 72 (guide portion).
  • the side surface 72 contacts the tip end 14b in the rotational direction of the valve body 14 when the rotation of the valve body 14 that rotates integrally with the rotary shaft 15 about the shaft axis Ls is stopped.
  • the side surface 72 guides the movement of the valve body 14 when the valve body 14 is moved toward the valve seat 13 while the valve body 14 is rotated relative to the rotation shaft 15 about the eccentric shaft Le.
  • the protrusion 71 is an example of the “valve element movement direction regulating member” in the present invention.
  • the valve seat 13 is provided with a seal member 81 for ensuring sealing performance when the valve element 14 is fully closed.
  • the flow control valve 1 of the modification guides the movement of the valve body 14 by the side surface 72 of the protrusion 71, the valve seat 13 (seal member 81) due to the rotational movement of the valve body 14 near the valve seat 13 is provided. And the valve body 14 can be prevented from being worn.

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Abstract

本発明の一態様は、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を有する。

Description

流量制御弁
　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を有すること、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。
　上記の態様においては、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、が好ましい。
　この態様によれば、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。
　上記の態様においては、前記弁体移動方向規制部材は、前記弁座側から前記弁体側に向かって突出して設けられる突起部であって、前記突起部は、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ときに前記弁体の回転方向の先端に接し、かつ、前記回転軸に対して前記弁体を前記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ときに前記弁体の移動を案内するガイド部を備えること、が好ましい。
　この態様によれば、ガイド部により弁体の移動を案内するので、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の直径方向（詳しくは、弁体１４の円板状の部分の直径方向）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(全開状態)（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、第１軸受３７と第２軸受３８に支持される円柱形状部からピン１５ａに向かう方向に突出するようにして回転軸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の端面１４ａは、ストッパ５３の第１面６１に接している。なお、弁体１４の端面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の端面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の端面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の端面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ＴＲｏ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分だけ、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分だけ、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との間の距離が、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途中で、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に向かう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に向かう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
Ｌｈ　（弁孔の）中心軸
Ｌｖ　（弁体の）中心軸
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 (6)

  1. 　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を有すること、
    　を特徴とする流量制御弁。
  2. 　請求項１の流量制御弁において、
    　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に向かう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。
  3. 　請求項２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。
  4. 　請求項３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。
  5. 　請求項２乃至４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。
  6. 　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は、前記弁座側から前記弁体側に向かって突出して設けられる突起部であって、
    　前記突起部は、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ときに前記弁体の回転方向の先端に接し、かつ、前記回転軸に対して前記弁体を前記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ときに前記弁体の移動を案内するガイド部を備えること、
    　を特徴とする流量制御弁。
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