弁装置
【課題】空気溜りが生じるのを防止することができ、かつ、最小限の摩擦抵抗で弁軸を支持する。
【解決手段】燃料電池スタックを冷却する液状の冷媒が通流する通流路５１ａを有し、通流路５１ａを横断する弁軸５２と、弁体５３と、を含むバタフライ型の弁装置であって、弁軸５２は、駆動側となる一端側の軸受がリップシール５２ｂでシールされているとともに、非駆動側となる他端側の軸受が樹脂製の液中軸受５２ｃとされて、その側方がキャップシール５２ｄでシールされており、キャップシール５２ｄと液中軸受５２ｃとの間には、通流路５１ａから液中軸受５２ｃを通じて流入してくる冷媒の流入室５５が形成され、流入室５５と通流路５１ａとの間には、流入室５５に溜まった空気を通流路５１ａに向けて排出するための排出路５６が形成されていることを特徴とする。
【解決手段】燃料電池スタックを冷却する液状の冷媒が通流する通流路５１ａを有し、通流路５１ａを横断する弁軸５２と、弁体５３と、を含むバタフライ型の弁装置であって、弁軸５２は、駆動側となる一端側の軸受がリップシール５２ｂでシールされているとともに、非駆動側となる他端側の軸受が樹脂製の液中軸受５２ｃとされて、その側方がキャップシール５２ｄでシールされており、キャップシール５２ｄと液中軸受５２ｃとの間には、通流路５１ａから液中軸受５２ｃを通じて流入してくる冷媒の流入室５５が形成され、流入室５５と通流路５１ａとの間には、流入室５５に溜まった空気を通流路５１ａに向けて排出するための排出路５６が形成されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素（燃料ガス、反応ガス）がアノードに、酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）がカソードに、それぞれ供給されることで発電する固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）等の燃料電池の開発が盛んである。このような燃料電池を用いたシステムでは、燃料電池スタックを冷却するためにラジエータを用いた冷却システムが用いられている。
【０００３】
そして、この冷却システムでは、燃料電池スタックに導入する冷却液体の流量を調節するために、流量制御用の弁装置を通流路に設けることが検討されている。
【０００４】
ところで、流量を調節する弁装置としては、一般的な内燃機関のエンジンに用いられる、吸入空気量を調節するためのスロットルバルブが知られている。
このスロットルバルブでは、吸入空気の通路を横断する弁軸の一端側が、玉軸受で支持されるとともにリップシールでシールされており、他端側が、同じく玉軸受で支持されるとともにキャップシールで他端側からシールされた構造となっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５５３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記した従来のスロットルバルブに採用されている弁装置を、例えば、前記した冷却システムの弁装置に対して採用しようとした場合、弁軸の他端側の玉軸受が、通流路から流入した冷媒で没してしまう。このため、玉軸受の内部のグリスが流出したり、腐食等が生じたりする問題があった。
また、冷媒の充填時等に、キャップシールの内側に空気溜りが生じてしまう。
【０００７】
そこで、弁軸の他端側に、弁軸の一端側と同様のリップシールを設けることが考えられる。しかしながら、そのようにすると弁軸が回動する際の摩擦抵抗が増加し、例えば、弁軸を駆動するためのモータの消費電力が増加したり、モータが大型化したりするといった問題が生じてくる。
【０００８】
そこで、本発明は、空気溜りが生じるのを防止することができ、かつ、最小限の摩擦抵抗で弁軸を支持することができる弁装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の弁装置は、燃料電池スタックを冷却する液状の冷媒の通流路に設置され、前記通流路を横断する弁軸と、前記弁軸に設けられた弁体と、を含み、前記弁軸がその軸線方向の一端側から回動駆動されるように構成されたバタフライ型の弁装置であって、前記弁軸は、駆動側となる一端側の軸受がリップシールでシールされているとともに、非駆動側となる他端側の軸受が樹脂製の液中軸受とされて、その側方がキャップシールでシールされており、前記キャップシールと前記液中軸受との間には、前記通流路から前記液中軸受を通じて流入してくる冷媒の流入室が形成され、前記流入室と前記通流路との間には、前記流入室に溜まった空気を前記通流路に向けて排出するための排出路が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
この弁装置によれば、弁軸は、駆動側となる一端側の軸受がリップシールでシールされ、非駆動側となる他端側の軸受が樹脂製の液中軸受とされて、その側方がキャップシールでシールされているので、非駆動側となる他端側からリップシールを排除することができ、駆動側となる一端側にのみリップシールを使用すればよいので、弁軸の摩擦抵抗を低減することができる。したがって、最小限の摩擦抵抗で弁軸を支持することができ、弁軸を駆動するモータ等の低トルク化を実現することができる。
【００１１】
さらに、キャップシールと液中軸受との間には、通流路から液中軸受を通じて流入してくる流体の流入室が形成され、流入室と通流路との間には、流入室に溜まった空気を通流路に向けて排出するための排出路が形成されているので、液中軸受の周りや流入室に溜まった空気をこの排出路を通じて通流路に好適に排出することができる。
したがって、液中軸受により弁軸を低摩擦で好適に支持することができ、長期間にわたって安定した弁軸の回動動作を維持することができる。このことは、耐久性に優れ、信頼性に優れた燃料電池システムの実現に寄与する。
また、流入室に溜まった空気を排出路を通じて通流路に排出することができるので、冷媒の変動量を減少することができ、冷媒を貯留するために用いられるリザーブタンクの小型化も可能になる。
【００１２】
また、前記通流路の側壁には、前記液中軸受に冷媒を導く導入部が設けられている構成とするのがよい。このように構成することによって、導入部を通じて液中軸受に冷媒がスムーズに導入されるようになり、液中軸受が冷媒中に好適に没した状態となって、弁軸の摩擦抵抗をより確実に低減することができる。
また、冷媒が導入部を通じて液中軸受から流入室にスムーズに流入するようになり、流入室に溜まった空気が排出路を通じて通流路にスムーズに排出されることとなる。
したがって、空気溜りがより一層生じ難くなり、長期間にわたって安定した弁軸の回動動作を維持することができる。このことは、より耐久性に優れ、より信頼性に優れた燃料電池システムの実現に寄与する。
【００１３】
前記排出路は、前記液中軸受の鉛直方向の上側に配置されている構成とするのがよい。このように構成することによって、流入室に溜まった空気が排出路を通じて通流路に好適に排出されるようになり、空気溜りがより一層生じ難くなって、長期間にわたって安定した弁軸の回動動作を維持することができるようになる。このことは、より耐久性に優れ、より信頼性に優れた燃料電池システムの実現に寄与する。
【００１４】
また、前記弁体は、前記通流路に開口した前記排出路の開口部を、閉弁位置に回動した状態で塞ぐように構成されているのがよい。このような場合には、弁体が閉弁位置に回動されると、排出路を通じた冷媒の通流が遮断されるようになり、排出路をバイパス路として冷却水が通流するのを好適に阻止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、空気溜りが生じるのを防止することができ、かつ、最小限の摩擦抵抗で弁軸を支持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を適宜図面を参照しながら説明する。
はじめに本実施形態の弁装置が適用される燃料電池システムについて説明する。
図１において、本実施形態の弁装置が適用される燃料電池システム１は、図示しない燃料電池自動車（移動体）に搭載されている。燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０のアノードに対して水素（燃料ガス、反応ガス）を給排するアノード系と、燃料電池スタック１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を給排するカソード系と、掃気時にカソード系からアノード系に掃気ガスを導く掃気ガス系と、燃料電池スタック１０を冷却する冷媒を冷却する冷却ラインと、を備えている。
本実施形態では、冷媒として冷却水を用いている。なお、冷却水としては、例えば、ロングライフクーラント等を使用することができる。
【００１７】
制御装置２は、例えば図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などを備えるコンピュータおよびプログラム、周辺回路等を含んで構成され、ＲＯＭに記憶されるプログラムによって制御される。
そして、制御装置２は、燃料電池システム１の全体を制御する機能を有するとともに、冷却ラインに備わる弁装置としての流量制御弁５０の開度の調節、アノード系に備わるコンプレッサ３１と冷却ラインに備わる冷却水ポンプ６１を駆動するモータＭの駆動を制御する機能を有する。
【００１８】
＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セルが積層されることで構成されたスタックであり、複数の単セルは電気的に直列で接続されている。単セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟み２枚の導電性を有するアノードセパレータおよびカソードセパレータと、を備えている。
【００１９】
ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜（例えばパーフルオロスルホン酸型）からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノードおよびカソードとを備えている。アノードおよびカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体から主に構成されると共に、アノードおよびカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）を含んでいる。
【００２０】
アノードセパレータには、各ＭＥＡのアノードに対して水素を給排するため単セルの積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セルの面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔および溝がアノード流路１１（燃料ガス流路）として機能している。
カソードセパレータには、各ＭＥＡのカソードに対して空気を給排するため単セルの積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セルの面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔および溝がカソード流路１２（酸化剤ガス流路）として機能している。
【００２１】
このようなアノード流路１１を介して各アノードに水素が供給されると、後記式（１）の電極反応が起こり、また、カソード流路１２を介して各カソードに空気が供給されると、後記式（２）の電極反応が起こり、各単セルで電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。そして、燃料電池スタック１０と走行モータ等の外部回路とが電気的に接続されて電流が取り出されると、燃料電池スタック１０が発電するようになっている。
２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ− …（１）
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ …（２）
【００２２】
また、燃料電池スタック１０の内部には、冷却水が流れる冷却水通路１３が形成され、この冷媒通路１３には、燃料電池スタック１０に冷却水を循環させながら供給する冷却配管６２が接続される。
【００２３】
＜アノード系＞
アノード系は、燃料電池スタック１０よりも上流側に水素タンク２１を備えている。
水素タンク２１は、配管２２ａ、遮断弁２２、配管２２ｂを通じてアノード流路１１に接続されている。そして、燃料電池自動車のイグニッションがオンされ、燃料電池スタック１０の起動が要求されて制御装置２により遮断弁２２が開かれると、水素タンク２１の水素が配管２２ａ等を介してアノード流路１１に供給されるようになっている。
【００２４】
＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ３１を備えている。コンプレッサ３１は、配管３２、図示しない加湿器を介して、カソード流路１２に接続されている。そして、制御装置２の指令にしたがって作動すると、コンプレッサ３１は、酸素を含む空気を取り込み、空気をカソード流路１２に供給するようになっている。また、コンプレッサ３１は、燃料電池スタック１０の掃気時には、これを掃気する掃気手段として機能するようになっている。
なお、コンプレッサ３１を駆動する駆動モータＭは、燃料電池スタック１０および燃料電池スタック１０の少なくとも一方の発電電力を充放電する高圧バッテリ（図示しない）を電源として作動する。
【００２５】
＜冷却ライン＞
冷却ラインは、燃料電池スタック１０を冷却するための冷却水が通流する経路である。本実施形態では、燃料電池スタック１０とラジエータ６３との間が冷却配管６２によって接続されており、冷却水が循環する循環経路が構成されている。
冷却ラインには、冷却水ポンプ６１、弁装置としての流量制御弁５０、ラジエータ６３、リザーブタンクＲが設けられている。
【００２６】
冷却水ポンプ６１は、冷却ラインに冷却水を循環させるためのものであり、冷却水を流量制御弁５０側へ向けて圧送する。
また、ラジエータ６３は、冷却配管６２を通じて通流する冷却水を介して外気と熱交換し、燃料電池スタック１０の放熱を行うものである。
【００２７】
ところで、冷却水ポンプ６１は、モータＭによって駆動されるが、モータＭの駆動軸は、燃料電池スタック１０に空気を供給するコンプレッサ３１にも接続されている。つまり、冷却水ポンプ６１とコンプレッサ３１は、モータＭによって同期して駆動されるようになっており、モータＭを共通の駆動源として用いることで、余分な駆動源を排除している。
【００２８】
このような構成とされていることで、コンプレッサ３１が駆動している間は、冷却水ポンプ６１の出力を単独で制御することができないことから、低温環境等における燃料電池スタックの暖気を促進するために、冷却水ポンプ６１の吐出側の冷却配管６２には、流量制御弁５０が設けられている。
【００２９】
流量制御弁５０は、図２に示すように、弁軸５２と一体に回動する弁体５３によって開度が調節され、その開度によって冷却配管６２（図１参照、以下同じ）を通流する冷却水の流量を調節するように構成されている。
具体的に、流量制御弁５０は、ボディ５１と、このボディ５１に形成され、冷却配管６２に連通する断面略円形の通流路５１ａと、この通流路５１ａを横断する弁軸５２と、この弁軸５２に設けられた弁体５３と、を備え、弁軸５２がその軸線方向の一端側から駆動機構５７によって回動駆動されるように構成されたバタフライ型の弁である。この例では、通流路５１ａを挟んで、弁軸５２の一端側となる右側（以下、駆動側というときがある）に、駆動機構５７が配置され、これとは反対側の弁軸５２の他端側となる左側（以下、非駆動側というときがある）が、後記するキャップシール５２ｄでシールされる構成について説明するが、駆動機構５７やキャップシール５２ｄが配置される側を限定する趣旨ではない。
【００３０】
通流路５１ａには、その通流方向における両端部に図示しない冷却配管６２が接続可能であり、冷却配管６２を通流する冷却液が通流路５１ａ内を通流するようになっている。通流路５１ａの左右側壁には、弁軸５２が挿通される挿通孔５１ｂと、挿通孔５１ｃとが開口形成されている。ここで、液中軸受５２ｃ側の挿通孔５１ｃは、挿通孔５１ｂよりも大径とされており、通流路５１ａに通流する冷却水を、挿通孔５１ｃ内に積極的に導入するための導入部（導入口）として機能するようになっている。
また、通流路５１ａの側壁には、後記する排出路５６の排出口５６ａが開口している。
【００３１】
弁軸５２は、前記挿通孔５１ｂ，５１ｃに挿通され、通流路５１ａの断面中心を横断して冷却水の通流方向に対して略垂直方向に配置される。弁軸５２は、駆動側となる一端側が、玉軸受（軸受）５２ａで回動可能に支持されるとともにリップシール５２ｂでシールされた構成となっている。一方、弁軸５２は、非駆動側となる他端側が、樹脂製の液中軸受５２ｃで回動可能に支持されるとともに、その側方がキャップシール５２ｄでシールされた構成となっている。
【００３２】
弁体５３は、その平面形状が通流路５１ａの断面形状と略等しくされており、全閉時には、通流路５１ａを通流する冷却水を全く通流させないか、ほとんど通流させない状態に通流路５１ａを閉じるようになっている。なお、弁体５３は、閉弁位置（全閉位置）とされたときに、図３に示すように、鉛直方向から若干傾いた状態で通流路５１ａを閉じるようになっている。また、弁体５３は、全開時に、冷却水の流れる方向に沿って略水平状態（冷却水を最大限に通流させる状態）となる開弁位置（全開位置）に保持されるようになっている。
【００３３】
弁軸５２の一端側をシールするリップシール５２ｂは、弾性を有する部材から形成されており、弁軸５２を取り巻くリング形状を呈している。このようなリップシール５２ｂは、回動状態にある弁軸５２と摺接可能なリップ部５２ｂ１を有し、挿通孔５１ｂを液密にシールする。したがって、挿通孔５１ｂから玉軸受５２ａ側への冷却水の漏洩が封じられるようになっている。
一方、弁軸５２の他端側の側方をシールするキャップシール５２ｄは、弾性を有する部材から形成されて円板状を呈しており、ボディ５１の他端側に形成される有底円筒部５４の内壁に係止されて、挿通孔５１ｃに通じる有底円筒部５４の開口部を液密にシールする。したがって、液中軸受５２ｃは、挿通孔５１ｃを通じて通流路５１ａから流入した冷却水に没する状態となる。
ここで、液中軸受５２ｃは、例えば、フッ素樹脂やフェノール樹脂等の合成樹脂材からなる樹脂製であり、冷却水中で使用された場合に極めて安定した摺動特性を示すものが用いられている。
このような液中軸受５２ｃは、挿通孔５１ｃに通じる段状部５１ｃ１に配置されて圧入等によって固定されている。
【００３４】
このような液中軸受５２ｃとキャップシール５２ｄとの間には、流入室５５が形成されている。この流入室５５には、通流路５１ａから液中軸受５２ｃの隙間を通じて流入してくる冷却水が流入可能である。
そして、流入室５５と通流路５１ａとの間には、冷却水の充填時等に流入室５５に溜まった空気を通流路５１ａに向けて排出するための排出路５６が形成されている。
【００３５】
排出路５６は、有底円筒部５４の底部５４ａを貫通して流入室５５と通流路５１ａを連通しており、本実施形態では、液中軸受５２ｃの鉛直方向の上側において、弁軸５２の軸線方向に沿うように設けられている。
また、排出路５６の排出口５６ａは、前記のように通流路５１ａの側壁に開口しているが、その開口位置は、図３に示すように、弁軸５２の軸線方向（軸線方向一端側）から見て、閉弁位置に回動した弁体５３によって塞がれることのない位置に形成されている。つまり、排出路５６の排出口５６ａは、弁体５３の回動位置に左右されることがなく、常に、通流路５１ａに連通するようになっている。これによって、排出路５６の排出口５６ａが弁体５３に邪魔されず、排出路５６を通じた空気抜きが良好に行われることとなる。
【００３６】
駆動機構５７は、弁軸５２の一端側に設けられており、ＤＣモータ５８と、付勢手段５９とを含んで構成されている。
ＤＣモータ５８は、例えば、図示しない駆動部から供給される電力で駆動し、駆動部は、制御装置２から入力される指令に基づいてＤＣモータ５８に電力を供給する。ＤＣモータ５８の出力軸は、弁軸５２の一端部に図示しない連結手段等によって連結されており、ＤＣモータ５８の回動が直接に弁軸５２へ伝達されるようになっている。なお、ギア伝達等による駆動機構を用いて、ＤＣモータ５８の出力を弁軸５２に伝達するように構成してもよい。
【００３７】
付勢手段５９は、例えば、コイルばねからなるリターンスプリング５９ａと補助スプリング５９ｂとを含み、リターンスプリング５９ａと補助スプリング５９ｂとは、それぞれの中心軸が弁軸５２の中心と一致するように設けられている。また、リターンスプリング５９ａと補助スプリング５９ｂとの間には、弁軸５２に固定されて弁軸５２に一体に回動される補助板５９ｃが設けられている。
【００３８】
リターンスプリング５９ａの一端は、補助板５９ｃに固定され、他端は、ボディ５１に固定されている。このようなリターンスプリング５９ａは、弁体５３が閉弁位置から開弁位置に開く方向に補助板５９ｃが回動するように付勢する。また、補助スプリング５９ｂの一端は、ボディ５１に固定され、他端は、補助板５９ｃに固定されている。このような補助スプリング５９ｂは、リターンスプリング５９ａと逆の方向、つまり、弁体５３が開弁位置から閉弁位置に閉じる方向に補助板５９ｃが回動するように付勢する。
例えば、この例では、リターンスプリング５９ａと補助スプリング５９ｂとの付勢力が釣り合う位置を、弁体５３の開弁位置に設定してある。つまり、ＤＣモータ５８の駆動力が弁軸５２に作用していない状態では、弁体５３が、開弁位置となるように設定されている。
【００３９】
次に、このような弁装置としての流量制御弁５０において、冷却水充填時の作用を説明する。
冷却水を充填する際には、冷却配管６２等に設けられた図示しない冷却水充填口から冷却水を充填する。
図４（ａ）に示すように、通流路５１ａ内で冷却水の水位Ｗ１が上昇してきて、導入口である挿通孔５１ｃに冷却水が流入すると、冷却水は、液中軸受５２ｃと弁軸５２との隙間を通じて流入室５５に流れ込む。
【００４０】
その後、冷却水の水位Ｗ１がさらに上昇し、これに伴って、流入室５５の水位Ｗ２が上昇すると、流入室５５内の空気が排出路５６を通じて排出口５６ａから通流路５１ａ内に放出される。これによって流入室５５内の冷却水の水位Ｗ２が、水位Ｗ１の上昇とともにスムーズに上昇する。
【００４１】
そして、さらに図示しない冷却水充填口から冷却水が充填されると、図４（ｂ）に示すように、流入室５５内の空気が排出路５６を通じて通流路５１ａ側に抜けきり、流入室５５内が冷却水で満たされた状態になる。つまり、液中軸受５２ｃが冷却水中に没した状態となり、液中軸受５２ｃの周りや流入室５５に存在する空気が、排出路５６を通じて好適に排出されることとなる。
【００４２】
以上説明した本実施形態の弁装置によれば、弁軸５２は、駆動側となる一端側が玉軸受５２ａとされてリップシール５２ｂでシールされ、非駆動側となる他端側が樹脂製の液中軸受５２ｃとされて、その側方がキャップシール５２ｄでシールされているので、非駆動側となる他端側からリップシールを排除することができ、駆動側となる一端側にのみリップシール５２ｂを使用すればよいので、弁軸５２の摩擦抵抗を低減することができる。したがって、最小限の摩擦抵抗で弁軸５２を支持することができ、弁軸５２を駆動するモータ等の低トルク化を実現することができる。
【００４３】
さらに、キャップシール５２ｄと液中軸受５２ｃとの間には、通流路５１ａから液中軸受５２ｃを通じて流入してくる流体の流入室５５が形成され、流入室５５と通流路５１ａとの間には、冷却水の充填時等に流入室５５に溜まった空気を通流路５１ａに向けて排出するための排出路５６が形成されているので、冷却水の充填時等に、液中軸受５２ｃの周りや流入室５５に溜まった空気をこの排出路５６を通じて通流路５１ａに好適に排出することができる。
したがって、液中軸受５２ｃにより弁軸５２を低摩擦で好適に支持することができ、長期間にわたって安定した弁軸５２の回動動作を維持することができる。このことは、耐久性に優れ、信頼性に優れた燃料電池システム１の実現に寄与する。
また、流入室５５に溜まった空気を排出路５６を通じて通流路５１ａに排出することができるので、冷却水の変動量を減少することができ、冷却水を貯留するために用いられる、リザーブタンクＲの小型化も可能になる。
【００４４】
また、通流路５１ａの側壁には、液中軸受５２ｃに冷却水を導く大径とされた挿通孔５１ｃが設けられているので、挿通孔５１ｃを通じて液中軸受５２ｃに冷却水がスムーズに導入されるようになり、液中軸受５２ｃが冷却水中に好適に没した状態となって、弁軸５２の摩擦抵抗をより確実に低減することができる。
また、冷却水の充填時等に、冷却水が挿通孔５１ｃを通じて液中軸受５２ｃから流入室５５にスムーズに流入するようになり、流入室５５に溜まった空気が排出路５６を通じて通流路５１ａにスムーズに排出されることとなる。
したがって、空気溜りがより一層生じ難くなり、長期間にわたって安定した弁軸５２の回動動作を維持することができる。このことは、より耐久性に優れ、より信頼性に優れた燃料電池システム１の実現に寄与する。
【００４５】
また、排出路５６は、液中軸受５２ｃの鉛直方向の上側に配置されているので、流入室５５に溜まった空気が排出路５６を通じて通流路５１ａに好適に排出されるようになり、空気溜りがより一層生じ難くなって、長期間にわたって安定した弁軸５２の回動動作を維持することができるようになる。このことは、より耐久性に優れ、より信頼性に優れた燃料電池システム１の実現に寄与する。
【００４６】
図５は流量制御弁の変形例を示す断面図である。
この変形例では、弁体５３の縁部に膨出部５３ａが設けられており、この膨出部５３ａは、弁体５３が閉弁位置（全閉位置）に回動した際に、通流路５１ａに開口した排出路５６の排出口５６ａを塞ぐようになっている。つまり、膨出部５３ａは、弁体５３が閉弁位置にあるときに、排出路５６の排出口５６ａを塞ぐ状態に対向配置されるようになっており、排出路５６の通流を遮断するようになっている。
このような場合には、弁体５３が閉弁位置に回動されると、排出路５６を通じた冷却水の通流が遮断されるようになり、排出路５６をバイパス路として冷却水が通流するのを好適に阻止することができる。
なお、この例では弁体５３に設けた膨出部５３ａで、排出路５６の排出口５６ａを塞ぐようにしたものを示したが、これに限られることはなく、排出路５６の形成位置や弁体５３の厚さ寸法等を調整することによって、弁体５３が閉弁位置に回動した状態で、弁体５３の周縁部によって排出路５６の排出口５６ａを塞ぐように構成してもよい。
【００４７】
前記実施形態では、挿通孔５１ｃを大径に形成して導入部を形成したが、これに限られることはなく、挿通孔５１ｃの内壁の少なくとも一部に、挿通孔５１ｃの軸線方向に沿うような溝部（導入部）を設け、この溝部を通じて通流路５１ａの冷却水が液中軸受５２ｃに導かれるように構成してもよい。
【００４８】
なお、流入室５５の容積は、液中軸受５２ｃとキャップシール５２ｄとの距離を調節することや、有底円筒部５４の内壁の形状を変更することによって、調節可能な範囲で任意に設定することができる。
【００４９】
また、排出路５６は、液中軸受５２ｃの鉛直方向の上側に設ける例を示したが、これに限られることはなく、液中軸受５２ｃの側方等に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態に係る弁装置としての流量制御弁が適用される燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】流量制御弁の断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は作用説明図である。
【図５】流量制御弁の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 燃料電池スタック
５０ 流量制御弁（弁装置）
５１ａ 通流路
５１ｃ 挿通孔（導入部）
５２ 弁軸
５２ａ 玉軸受（軸受）
５２ｂ リップシール
５２ｃ 液中軸受
５２ｄ キャップシール
５３ 弁体
５５ 流入室
５６ 排出路
５６ａ 排出口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素（燃料ガス、反応ガス）がアノードに、酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）がカソードに、それぞれ供給されることで発電する固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）等の燃料電池の開発が盛んである。このような燃料電池を用いたシステムでは、燃料電池スタックを冷却するためにラジエータを用いた冷却システムが用いられている。
【０００３】
そして、この冷却システムでは、燃料電池スタックに導入する冷却液体の流量を調節するために、流量制御用の弁装置を通流路に設けることが検討されている。
【０００４】
ところで、流量を調節する弁装置としては、一般的な内燃機関のエンジンに用いられる、吸入空気量を調節するためのスロットルバルブが知られている。
このスロットルバルブでは、吸入空気の通路を横断する弁軸の一端側が、玉軸受で支持されるとともにリップシールでシールされており、他端側が、同じく玉軸受で支持されるとともにキャップシールで他端側からシールされた構造となっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５５３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記した従来のスロットルバルブに採用されている弁装置を、例えば、前記した冷却システムの弁装置に対して採用しようとした場合、弁軸の他端側の玉軸受が、通流路から流入した冷媒で没してしまう。このため、玉軸受の内部のグリスが流出したり、腐食等が生じたりする問題があった。
また、冷媒の充填時等に、キャップシールの内側に空気溜りが生じてしまう。
【０００７】
そこで、弁軸の他端側に、弁軸の一端側と同様のリップシールを設けることが考えられる。しかしながら、そのようにすると弁軸が回動する際の摩擦抵抗が増加し、例えば、弁軸を駆動するためのモータの消費電力が増加したり、モータが大型化したりするといった問題が生じてくる。
【０００８】
そこで、本発明は、空気溜りが生じるのを防止することができ、かつ、最小限の摩擦抵抗で弁軸を支持することができる弁装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の弁装置は、燃料電池スタックを冷却する液状の冷媒の通流路に設置され、前記通流路を横断する弁軸と、前記弁軸に設けられた弁体と、を含み、前記弁軸がその軸線方向の一端側から回動駆動されるように構成されたバタフライ型の弁装置であって、前記弁軸は、駆動側となる一端側の軸受がリップシールでシールされているとともに、非駆動側となる他端側の軸受が樹脂製の液中軸受とされて、その側方がキャップシールでシールされており、前記キャップシールと前記液中軸受との間には、前記通流路から前記液中軸受を通じて流入してくる冷媒の流入室が形成され、前記流入室と前記通流路との間には、前記流入室に溜まった空気を前記通流路に向けて排出するための排出路が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
この弁装置によれば、弁軸は、駆動側となる一端側の軸受がリップシールでシールされ、非駆動側となる他端側の軸受が樹脂製の液中軸受とされて、その側方がキャップシールでシールされているので、非駆動側となる他端側からリップシールを排除することができ、駆動側となる一端側にのみリップシールを使用すればよいので、弁軸の摩擦抵抗を低減することができる。したがって、最小限の摩擦抵抗で弁軸を支持することができ、弁軸を駆動するモータ等の低トルク化を実現することができる。
【００１１】
さらに、キャップシールと液中軸受との間には、通流路から液中軸受を通じて流入してくる流体の流入室が形成され、流入室と通流路との間には、流入室に溜まった空気を通流路に向けて排出するための排出路が形成されているので、液中軸受の周りや流入室に溜まった空気をこの排出路を通じて通流路に好適に排出することができる。
したがって、液中軸受により弁軸を低摩擦で好適に支持することができ、長期間にわたって安定した弁軸の回動動作を維持することができる。このことは、耐久性に優れ、信頼性に優れた燃料電池システムの実現に寄与する。
また、流入室に溜まった空気を排出路を通じて通流路に排出することができるので、冷媒の変動量を減少することができ、冷媒を貯留するために用いられるリザーブタンクの小型化も可能になる。
【００１２】
また、前記通流路の側壁には、前記液中軸受に冷媒を導く導入部が設けられている構成とするのがよい。このように構成することによって、導入部を通じて液中軸受に冷媒がスムーズに導入されるようになり、液中軸受が冷媒中に好適に没した状態となって、弁軸の摩擦抵抗をより確実に低減することができる。
また、冷媒が導入部を通じて液中軸受から流入室にスムーズに流入するようになり、流入室に溜まった空気が排出路を通じて通流路にスムーズに排出されることとなる。
したがって、空気溜りがより一層生じ難くなり、長期間にわたって安定した弁軸の回動動作を維持することができる。このことは、より耐久性に優れ、より信頼性に優れた燃料電池システムの実現に寄与する。
【００１３】
前記排出路は、前記液中軸受の鉛直方向の上側に配置されている構成とするのがよい。このように構成することによって、流入室に溜まった空気が排出路を通じて通流路に好適に排出されるようになり、空気溜りがより一層生じ難くなって、長期間にわたって安定した弁軸の回動動作を維持することができるようになる。このことは、より耐久性に優れ、より信頼性に優れた燃料電池システムの実現に寄与する。
【００１４】
また、前記弁体は、前記通流路に開口した前記排出路の開口部を、閉弁位置に回動した状態で塞ぐように構成されているのがよい。このような場合には、弁体が閉弁位置に回動されると、排出路を通じた冷媒の通流が遮断されるようになり、排出路をバイパス路として冷却水が通流するのを好適に阻止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、空気溜りが生じるのを防止することができ、かつ、最小限の摩擦抵抗で弁軸を支持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を適宜図面を参照しながら説明する。
はじめに本実施形態の弁装置が適用される燃料電池システムについて説明する。
図１において、本実施形態の弁装置が適用される燃料電池システム１は、図示しない燃料電池自動車（移動体）に搭載されている。燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０のアノードに対して水素（燃料ガス、反応ガス）を給排するアノード系と、燃料電池スタック１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を給排するカソード系と、掃気時にカソード系からアノード系に掃気ガスを導く掃気ガス系と、燃料電池スタック１０を冷却する冷媒を冷却する冷却ラインと、を備えている。
本実施形態では、冷媒として冷却水を用いている。なお、冷却水としては、例えば、ロングライフクーラント等を使用することができる。
【００１７】
制御装置２は、例えば図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などを備えるコンピュータおよびプログラム、周辺回路等を含んで構成され、ＲＯＭに記憶されるプログラムによって制御される。
そして、制御装置２は、燃料電池システム１の全体を制御する機能を有するとともに、冷却ラインに備わる弁装置としての流量制御弁５０の開度の調節、アノード系に備わるコンプレッサ３１と冷却ラインに備わる冷却水ポンプ６１を駆動するモータＭの駆動を制御する機能を有する。
【００１８】
＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セルが積層されることで構成されたスタックであり、複数の単セルは電気的に直列で接続されている。単セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟み２枚の導電性を有するアノードセパレータおよびカソードセパレータと、を備えている。
【００１９】
ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜（例えばパーフルオロスルホン酸型）からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノードおよびカソードとを備えている。アノードおよびカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体から主に構成されると共に、アノードおよびカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）を含んでいる。
【００２０】
アノードセパレータには、各ＭＥＡのアノードに対して水素を給排するため単セルの積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セルの面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔および溝がアノード流路１１（燃料ガス流路）として機能している。
カソードセパレータには、各ＭＥＡのカソードに対して空気を給排するため単セルの積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セルの面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔および溝がカソード流路１２（酸化剤ガス流路）として機能している。
【００２１】
このようなアノード流路１１を介して各アノードに水素が供給されると、後記式（１）の電極反応が起こり、また、カソード流路１２を介して各カソードに空気が供給されると、後記式（２）の電極反応が起こり、各単セルで電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。そして、燃料電池スタック１０と走行モータ等の外部回路とが電気的に接続されて電流が取り出されると、燃料電池スタック１０が発電するようになっている。
２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ− …（１）
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ …（２）
【００２２】
また、燃料電池スタック１０の内部には、冷却水が流れる冷却水通路１３が形成され、この冷媒通路１３には、燃料電池スタック１０に冷却水を循環させながら供給する冷却配管６２が接続される。
【００２３】
＜アノード系＞
アノード系は、燃料電池スタック１０よりも上流側に水素タンク２１を備えている。
水素タンク２１は、配管２２ａ、遮断弁２２、配管２２ｂを通じてアノード流路１１に接続されている。そして、燃料電池自動車のイグニッションがオンされ、燃料電池スタック１０の起動が要求されて制御装置２により遮断弁２２が開かれると、水素タンク２１の水素が配管２２ａ等を介してアノード流路１１に供給されるようになっている。
【００２４】
＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ３１を備えている。コンプレッサ３１は、配管３２、図示しない加湿器を介して、カソード流路１２に接続されている。そして、制御装置２の指令にしたがって作動すると、コンプレッサ３１は、酸素を含む空気を取り込み、空気をカソード流路１２に供給するようになっている。また、コンプレッサ３１は、燃料電池スタック１０の掃気時には、これを掃気する掃気手段として機能するようになっている。
なお、コンプレッサ３１を駆動する駆動モータＭは、燃料電池スタック１０および燃料電池スタック１０の少なくとも一方の発電電力を充放電する高圧バッテリ（図示しない）を電源として作動する。
【００２５】
＜冷却ライン＞
冷却ラインは、燃料電池スタック１０を冷却するための冷却水が通流する経路である。本実施形態では、燃料電池スタック１０とラジエータ６３との間が冷却配管６２によって接続されており、冷却水が循環する循環経路が構成されている。
冷却ラインには、冷却水ポンプ６１、弁装置としての流量制御弁５０、ラジエータ６３、リザーブタンクＲが設けられている。
【００２６】
冷却水ポンプ６１は、冷却ラインに冷却水を循環させるためのものであり、冷却水を流量制御弁５０側へ向けて圧送する。
また、ラジエータ６３は、冷却配管６２を通じて通流する冷却水を介して外気と熱交換し、燃料電池スタック１０の放熱を行うものである。
【００２７】
ところで、冷却水ポンプ６１は、モータＭによって駆動されるが、モータＭの駆動軸は、燃料電池スタック１０に空気を供給するコンプレッサ３１にも接続されている。つまり、冷却水ポンプ６１とコンプレッサ３１は、モータＭによって同期して駆動されるようになっており、モータＭを共通の駆動源として用いることで、余分な駆動源を排除している。
【００２８】
このような構成とされていることで、コンプレッサ３１が駆動している間は、冷却水ポンプ６１の出力を単独で制御することができないことから、低温環境等における燃料電池スタックの暖気を促進するために、冷却水ポンプ６１の吐出側の冷却配管６２には、流量制御弁５０が設けられている。
【００２９】
流量制御弁５０は、図２に示すように、弁軸５２と一体に回動する弁体５３によって開度が調節され、その開度によって冷却配管６２（図１参照、以下同じ）を通流する冷却水の流量を調節するように構成されている。
具体的に、流量制御弁５０は、ボディ５１と、このボディ５１に形成され、冷却配管６２に連通する断面略円形の通流路５１ａと、この通流路５１ａを横断する弁軸５２と、この弁軸５２に設けられた弁体５３と、を備え、弁軸５２がその軸線方向の一端側から駆動機構５７によって回動駆動されるように構成されたバタフライ型の弁である。この例では、通流路５１ａを挟んで、弁軸５２の一端側となる右側（以下、駆動側というときがある）に、駆動機構５７が配置され、これとは反対側の弁軸５２の他端側となる左側（以下、非駆動側というときがある）が、後記するキャップシール５２ｄでシールされる構成について説明するが、駆動機構５７やキャップシール５２ｄが配置される側を限定する趣旨ではない。
【００３０】
通流路５１ａには、その通流方向における両端部に図示しない冷却配管６２が接続可能であり、冷却配管６２を通流する冷却液が通流路５１ａ内を通流するようになっている。通流路５１ａの左右側壁には、弁軸５２が挿通される挿通孔５１ｂと、挿通孔５１ｃとが開口形成されている。ここで、液中軸受５２ｃ側の挿通孔５１ｃは、挿通孔５１ｂよりも大径とされており、通流路５１ａに通流する冷却水を、挿通孔５１ｃ内に積極的に導入するための導入部（導入口）として機能するようになっている。
また、通流路５１ａの側壁には、後記する排出路５６の排出口５６ａが開口している。
【００３１】
弁軸５２は、前記挿通孔５１ｂ，５１ｃに挿通され、通流路５１ａの断面中心を横断して冷却水の通流方向に対して略垂直方向に配置される。弁軸５２は、駆動側となる一端側が、玉軸受（軸受）５２ａで回動可能に支持されるとともにリップシール５２ｂでシールされた構成となっている。一方、弁軸５２は、非駆動側となる他端側が、樹脂製の液中軸受５２ｃで回動可能に支持されるとともに、その側方がキャップシール５２ｄでシールされた構成となっている。
【００３２】
弁体５３は、その平面形状が通流路５１ａの断面形状と略等しくされており、全閉時には、通流路５１ａを通流する冷却水を全く通流させないか、ほとんど通流させない状態に通流路５１ａを閉じるようになっている。なお、弁体５３は、閉弁位置（全閉位置）とされたときに、図３に示すように、鉛直方向から若干傾いた状態で通流路５１ａを閉じるようになっている。また、弁体５３は、全開時に、冷却水の流れる方向に沿って略水平状態（冷却水を最大限に通流させる状態）となる開弁位置（全開位置）に保持されるようになっている。
【００３３】
弁軸５２の一端側をシールするリップシール５２ｂは、弾性を有する部材から形成されており、弁軸５２を取り巻くリング形状を呈している。このようなリップシール５２ｂは、回動状態にある弁軸５２と摺接可能なリップ部５２ｂ１を有し、挿通孔５１ｂを液密にシールする。したがって、挿通孔５１ｂから玉軸受５２ａ側への冷却水の漏洩が封じられるようになっている。
一方、弁軸５２の他端側の側方をシールするキャップシール５２ｄは、弾性を有する部材から形成されて円板状を呈しており、ボディ５１の他端側に形成される有底円筒部５４の内壁に係止されて、挿通孔５１ｃに通じる有底円筒部５４の開口部を液密にシールする。したがって、液中軸受５２ｃは、挿通孔５１ｃを通じて通流路５１ａから流入した冷却水に没する状態となる。
ここで、液中軸受５２ｃは、例えば、フッ素樹脂やフェノール樹脂等の合成樹脂材からなる樹脂製であり、冷却水中で使用された場合に極めて安定した摺動特性を示すものが用いられている。
このような液中軸受５２ｃは、挿通孔５１ｃに通じる段状部５１ｃ１に配置されて圧入等によって固定されている。
【００３４】
このような液中軸受５２ｃとキャップシール５２ｄとの間には、流入室５５が形成されている。この流入室５５には、通流路５１ａから液中軸受５２ｃの隙間を通じて流入してくる冷却水が流入可能である。
そして、流入室５５と通流路５１ａとの間には、冷却水の充填時等に流入室５５に溜まった空気を通流路５１ａに向けて排出するための排出路５６が形成されている。
【００３５】
排出路５６は、有底円筒部５４の底部５４ａを貫通して流入室５５と通流路５１ａを連通しており、本実施形態では、液中軸受５２ｃの鉛直方向の上側において、弁軸５２の軸線方向に沿うように設けられている。
また、排出路５６の排出口５６ａは、前記のように通流路５１ａの側壁に開口しているが、その開口位置は、図３に示すように、弁軸５２の軸線方向（軸線方向一端側）から見て、閉弁位置に回動した弁体５３によって塞がれることのない位置に形成されている。つまり、排出路５６の排出口５６ａは、弁体５３の回動位置に左右されることがなく、常に、通流路５１ａに連通するようになっている。これによって、排出路５６の排出口５６ａが弁体５３に邪魔されず、排出路５６を通じた空気抜きが良好に行われることとなる。
【００３６】
駆動機構５７は、弁軸５２の一端側に設けられており、ＤＣモータ５８と、付勢手段５９とを含んで構成されている。
ＤＣモータ５８は、例えば、図示しない駆動部から供給される電力で駆動し、駆動部は、制御装置２から入力される指令に基づいてＤＣモータ５８に電力を供給する。ＤＣモータ５８の出力軸は、弁軸５２の一端部に図示しない連結手段等によって連結されており、ＤＣモータ５８の回動が直接に弁軸５２へ伝達されるようになっている。なお、ギア伝達等による駆動機構を用いて、ＤＣモータ５８の出力を弁軸５２に伝達するように構成してもよい。
【００３７】
付勢手段５９は、例えば、コイルばねからなるリターンスプリング５９ａと補助スプリング５９ｂとを含み、リターンスプリング５９ａと補助スプリング５９ｂとは、それぞれの中心軸が弁軸５２の中心と一致するように設けられている。また、リターンスプリング５９ａと補助スプリング５９ｂとの間には、弁軸５２に固定されて弁軸５２に一体に回動される補助板５９ｃが設けられている。
【００３８】
リターンスプリング５９ａの一端は、補助板５９ｃに固定され、他端は、ボディ５１に固定されている。このようなリターンスプリング５９ａは、弁体５３が閉弁位置から開弁位置に開く方向に補助板５９ｃが回動するように付勢する。また、補助スプリング５９ｂの一端は、ボディ５１に固定され、他端は、補助板５９ｃに固定されている。このような補助スプリング５９ｂは、リターンスプリング５９ａと逆の方向、つまり、弁体５３が開弁位置から閉弁位置に閉じる方向に補助板５９ｃが回動するように付勢する。
例えば、この例では、リターンスプリング５９ａと補助スプリング５９ｂとの付勢力が釣り合う位置を、弁体５３の開弁位置に設定してある。つまり、ＤＣモータ５８の駆動力が弁軸５２に作用していない状態では、弁体５３が、開弁位置となるように設定されている。
【００３９】
次に、このような弁装置としての流量制御弁５０において、冷却水充填時の作用を説明する。
冷却水を充填する際には、冷却配管６２等に設けられた図示しない冷却水充填口から冷却水を充填する。
図４（ａ）に示すように、通流路５１ａ内で冷却水の水位Ｗ１が上昇してきて、導入口である挿通孔５１ｃに冷却水が流入すると、冷却水は、液中軸受５２ｃと弁軸５２との隙間を通じて流入室５５に流れ込む。
【００４０】
その後、冷却水の水位Ｗ１がさらに上昇し、これに伴って、流入室５５の水位Ｗ２が上昇すると、流入室５５内の空気が排出路５６を通じて排出口５６ａから通流路５１ａ内に放出される。これによって流入室５５内の冷却水の水位Ｗ２が、水位Ｗ１の上昇とともにスムーズに上昇する。
【００４１】
そして、さらに図示しない冷却水充填口から冷却水が充填されると、図４（ｂ）に示すように、流入室５５内の空気が排出路５６を通じて通流路５１ａ側に抜けきり、流入室５５内が冷却水で満たされた状態になる。つまり、液中軸受５２ｃが冷却水中に没した状態となり、液中軸受５２ｃの周りや流入室５５に存在する空気が、排出路５６を通じて好適に排出されることとなる。
【００４２】
以上説明した本実施形態の弁装置によれば、弁軸５２は、駆動側となる一端側が玉軸受５２ａとされてリップシール５２ｂでシールされ、非駆動側となる他端側が樹脂製の液中軸受５２ｃとされて、その側方がキャップシール５２ｄでシールされているので、非駆動側となる他端側からリップシールを排除することができ、駆動側となる一端側にのみリップシール５２ｂを使用すればよいので、弁軸５２の摩擦抵抗を低減することができる。したがって、最小限の摩擦抵抗で弁軸５２を支持することができ、弁軸５２を駆動するモータ等の低トルク化を実現することができる。
【００４３】
さらに、キャップシール５２ｄと液中軸受５２ｃとの間には、通流路５１ａから液中軸受５２ｃを通じて流入してくる流体の流入室５５が形成され、流入室５５と通流路５１ａとの間には、冷却水の充填時等に流入室５５に溜まった空気を通流路５１ａに向けて排出するための排出路５６が形成されているので、冷却水の充填時等に、液中軸受５２ｃの周りや流入室５５に溜まった空気をこの排出路５６を通じて通流路５１ａに好適に排出することができる。
したがって、液中軸受５２ｃにより弁軸５２を低摩擦で好適に支持することができ、長期間にわたって安定した弁軸５２の回動動作を維持することができる。このことは、耐久性に優れ、信頼性に優れた燃料電池システム１の実現に寄与する。
また、流入室５５に溜まった空気を排出路５６を通じて通流路５１ａに排出することができるので、冷却水の変動量を減少することができ、冷却水を貯留するために用いられる、リザーブタンクＲの小型化も可能になる。
【００４４】
また、通流路５１ａの側壁には、液中軸受５２ｃに冷却水を導く大径とされた挿通孔５１ｃが設けられているので、挿通孔５１ｃを通じて液中軸受５２ｃに冷却水がスムーズに導入されるようになり、液中軸受５２ｃが冷却水中に好適に没した状態となって、弁軸５２の摩擦抵抗をより確実に低減することができる。
また、冷却水の充填時等に、冷却水が挿通孔５１ｃを通じて液中軸受５２ｃから流入室５５にスムーズに流入するようになり、流入室５５に溜まった空気が排出路５６を通じて通流路５１ａにスムーズに排出されることとなる。
したがって、空気溜りがより一層生じ難くなり、長期間にわたって安定した弁軸５２の回動動作を維持することができる。このことは、より耐久性に優れ、より信頼性に優れた燃料電池システム１の実現に寄与する。
【００４５】
また、排出路５６は、液中軸受５２ｃの鉛直方向の上側に配置されているので、流入室５５に溜まった空気が排出路５６を通じて通流路５１ａに好適に排出されるようになり、空気溜りがより一層生じ難くなって、長期間にわたって安定した弁軸５２の回動動作を維持することができるようになる。このことは、より耐久性に優れ、より信頼性に優れた燃料電池システム１の実現に寄与する。
【００４６】
図５は流量制御弁の変形例を示す断面図である。
この変形例では、弁体５３の縁部に膨出部５３ａが設けられており、この膨出部５３ａは、弁体５３が閉弁位置（全閉位置）に回動した際に、通流路５１ａに開口した排出路５６の排出口５６ａを塞ぐようになっている。つまり、膨出部５３ａは、弁体５３が閉弁位置にあるときに、排出路５６の排出口５６ａを塞ぐ状態に対向配置されるようになっており、排出路５６の通流を遮断するようになっている。
このような場合には、弁体５３が閉弁位置に回動されると、排出路５６を通じた冷却水の通流が遮断されるようになり、排出路５６をバイパス路として冷却水が通流するのを好適に阻止することができる。
なお、この例では弁体５３に設けた膨出部５３ａで、排出路５６の排出口５６ａを塞ぐようにしたものを示したが、これに限られることはなく、排出路５６の形成位置や弁体５３の厚さ寸法等を調整することによって、弁体５３が閉弁位置に回動した状態で、弁体５３の周縁部によって排出路５６の排出口５６ａを塞ぐように構成してもよい。
【００４７】
前記実施形態では、挿通孔５１ｃを大径に形成して導入部を形成したが、これに限られることはなく、挿通孔５１ｃの内壁の少なくとも一部に、挿通孔５１ｃの軸線方向に沿うような溝部（導入部）を設け、この溝部を通じて通流路５１ａの冷却水が液中軸受５２ｃに導かれるように構成してもよい。
【００４８】
なお、流入室５５の容積は、液中軸受５２ｃとキャップシール５２ｄとの距離を調節することや、有底円筒部５４の内壁の形状を変更することによって、調節可能な範囲で任意に設定することができる。
【００４９】
また、排出路５６は、液中軸受５２ｃの鉛直方向の上側に設ける例を示したが、これに限られることはなく、液中軸受５２ｃの側方等に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態に係る弁装置としての流量制御弁が適用される燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】流量制御弁の断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は作用説明図である。
【図５】流量制御弁の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 燃料電池スタック
５０ 流量制御弁（弁装置）
５１ａ 通流路
５１ｃ 挿通孔（導入部）
５２ 弁軸
５２ａ 玉軸受（軸受）
５２ｂ リップシール
５２ｃ 液中軸受
５２ｄ キャップシール
５３ 弁体
５５ 流入室
５６ 排出路
５６ａ 排出口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックを冷却する液状の冷媒が通流する通流路を有し、
前記通流路を横断する弁軸と、前記弁軸に設けられた弁体と、を含み、前記弁軸がその軸線方向の一端側から回動駆動されるように構成されたバタフライ型の弁装置であって、
前記弁軸は、駆動側となる一端側の軸受がリップシールでシールされているとともに、
非駆動側となる他端側の軸受が樹脂製の液中軸受とされて、その側方がキャップシールでシールされており、
前記キャップシールと前記液中軸受との間には、前記通流路から前記液中軸受を通じて流入してくる冷媒の流入室が形成され、
前記流入室と前記通流路との間には、前記流入室に溜まった空気を前記通流路に向けて排出するための排出路が形成されていることを特徴とする弁装置。
【請求項２】
前記通流路の側壁には、前記液中軸受に冷媒を導く導入部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の弁装置。
【請求項３】
前記排出路は、前記液中軸受の鉛直方向の上側に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の弁装置。
【請求項４】
前記弁体は、前記通流路に開口した前記排出路の排出口を、閉弁位置に回動した状態で塞ぐように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の弁装置。
【請求項１】
燃料電池スタックを冷却する液状の冷媒が通流する通流路を有し、
前記通流路を横断する弁軸と、前記弁軸に設けられた弁体と、を含み、前記弁軸がその軸線方向の一端側から回動駆動されるように構成されたバタフライ型の弁装置であって、
前記弁軸は、駆動側となる一端側の軸受がリップシールでシールされているとともに、
非駆動側となる他端側の軸受が樹脂製の液中軸受とされて、その側方がキャップシールでシールされており、
前記キャップシールと前記液中軸受との間には、前記通流路から前記液中軸受を通じて流入してくる冷媒の流入室が形成され、
前記流入室と前記通流路との間には、前記流入室に溜まった空気を前記通流路に向けて排出するための排出路が形成されていることを特徴とする弁装置。
【請求項２】
前記通流路の側壁には、前記液中軸受に冷媒を導く導入部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の弁装置。
【請求項３】
前記排出路は、前記液中軸受の鉛直方向の上側に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の弁装置。
【請求項４】
前記弁体は、前記通流路に開口した前記排出路の排出口を、閉弁位置に回動した状態で塞ぐように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の弁装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２７５７６３（Ｐ２００９−２７５７６３Ａ）
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２６０４８（Ｐ２００８−１２６０４８）
【出願日】平成２０年５月１３日（２００８．５．１３）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１３日（２００８．５．１３）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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