JP7143707B2 - valve device - Google Patents
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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。 The present invention relates to a valve device capable of restricting communication between a fluid introduction path and a fluid discharge path.
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。
Conventionally, electrification of vehicles has been studied in order to improve global environmental pollution caused by vehicle exhaust gas. As an example of such a vehicle, there is a vehicle using a fuel cell as a power source as described in
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)。
It is known that the power generation performance of the fuel cell included in the fuel cell system described in
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。
The rotary valve described in
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。 The control valve described in Patent Document 3 includes a housing, a valve body housed in the housing, and a seal member provided between a communicating hole of the housing and an outer peripheral surface of the valve body. A chamfered portion is provided on the outer peripheral edge of the seal member to prevent damage to the seal member.
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。 The valve device described in Patent Document 4 includes a spherical valve body, a housing that accommodates the valve body, and an annular seat member within the housing. When the fluid is circulated, the valve body and the seat member are kept out of contact with each other.
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。
When sealing is performed by bringing a seal member into contact with the outer peripheral surface of the rotor, as in the technique described in
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。
In the technique described in Patent Document 3, since the seal member constantly slides against the rotor, there is a possibility that the wear of the seal member increases, as in the technique described in
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。 The technology described in Patent Document 4 is excellent in anti-abrasion measures because the valve body and the seat member do not come into contact with each other when the fluid is circulating, and the valve body and the seat member come into contact with each other when the fluid is not circulating. . However, since the seat height is changed in accordance with the rotor diameter, if there is a circumferential displacement of the seat member, it will greatly contribute to the sealing performance.
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。 Therefore, there is a demand for a valve device that can be realized at a low cost and that has a seal member with excellent sealing performance.
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。 A characteristic configuration of the valve device according to the present invention is a housing having a cylindrical inner peripheral wall in which a columnar space is formed, and a fluid formed in the housing and communicating with the columnar space at the inner peripheral wall. an introduction passage, a plurality of fluid discharge passages formed in the housing and communicating with the cylindrical space on the inner peripheral wall, and a plurality of fluid discharge passages accommodated in the cylindrical space and viewed along the axis of the cylindrical space. a large-radius portion formed with a predetermined first inner radius corresponding to the inner radius of the inner peripheral wall of the housing, and a small-radius portion formed with a second inner radius smaller than the first inner radius. an intermediate portion formed to connect the large radius portion and the small radius portion and having a distance from the axial center that is an intermediate distance between the first inner radius and the second inner radius; At least one of the small-radius portion and the intermediate portion has an opening portion, and a communication passage is provided therein to enable communication between the fluid introduction passage and at least one of the plurality of fluid discharge passages. The present invention is characterized by including a valve body made of a spherical body, and a valve body rotating mechanism for rotating the valve body within the cylindrical space with the axis as the rotation axis.
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。 With such a characteristic configuration, since the intermediate portion is provided between the large radius portion and the small radius portion, and the valve body is made of a spherical body, the valve body rotates to form the large radius portion. When coming into contact with the housing, it is smoothly pressed (gradually brought into contact) with the housing (the housing at the opening of the fluid introduction path) as it gradually increases from the small radius portion to the large radius portion. Therefore, deterioration of the valve body can be suppressed while maintaining sealing performance. In addition, according to the present valve device, since a plurality of fluid discharge paths can be switched, the cost of the valve device can be reduced compared to the case where a valve device is provided for each fluid discharge path. Become.
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。 Further, it is preferable that a seal member capable of coming into contact with the large-radius portion of the valve body is provided between the opening portion of the fluid introduction passage in the inner peripheral wall of the housing and the inner peripheral wall of the housing.
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。 With such a configuration, the intermediate portion provided between the large-radius portion and the small-radius portion acts on the seal member when the valve body rotates and the seal member comes into contact with the large-radius portion. The pressing force applied can be gradually changed. Therefore, it is possible to suppress rapid deformation of the seal member along the direction of rotation of the valve body and deterioration due to abrasion of the seal member.
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。 Further, it is preferable that the sealing member is provided in a state in which a tip portion on the valve body side abuts against the large radius portion of the valve body and does not abut against the small radius portion.
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。 With such a configuration, the valve body rotates without the seal member coming into contact with the small-radius portion positioned near the seal member when the fluid is flowing, so sliding resistance can be reduced. . Therefore, it is possible to reduce the size of the valve body rotation mechanism that rotates the valve body. Furthermore, since the sliding distance between the valve body and the seal member can be shortened, deterioration due to wear of the seal member can be suppressed and durability can be improved. Therefore, since the required sealing performance can be achieved by using, for example, an inexpensive rubber material, the cost of the valve device can be reduced.
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。 a biasing member that biases the seal member from the upstream side of the fluid introduction path toward the valve body; It is preferable to further include a regulation mechanism that regulates the projection so as not to protrude.
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。 With such a configuration, the seal member is pressed against the large radius portion by the biasing member to enhance the liquid tightness with the valve body, and since the seal member does not abut against the small radius portion, the seal member rotates as the valve body rotates. It is possible to suppress wear and deterioration of the seal member due to friction.
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。 Further, among the plurality of fluid discharge passages, the sealing performance between the fluid discharge passage whose communication state with the fluid introduction passage is restricted and the valve body is It may be configured to be lower than the sealing property.
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。 With such a configuration, the cost required for sealing the fluid discharge path can be reduced. Therefore, the cost of the valve device can be reduced.
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。
The valve device according to the present invention is configured such that the seal member is less likely to deteriorate. The
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。
FIG. 1 shows a usage example of the
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。
A perspective view of the
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。
Here, in order to facilitate understanding, in this embodiment, unless otherwise specified, the "upper" means the arrow U along the vertical direction (perpendicular direction) of the
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。
The
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。
A
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。
A
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。
Here, although it is not particularly limited, the
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。
The
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。
As shown in FIG. 3, the
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。
The
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。
In this embodiment, the
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。
The
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。
In this embodiment, the
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。
The
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。
The
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。
The communicating
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。
The
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。
The valve
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。
In the first communication state, as shown in FIG. 5, the
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。
It should be noted that the second
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。
In the blocking state, the large-
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。
Here, in the inner
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。
In this embodiment, the
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。
A
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。
The sealing
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。
On the other hand, in the first circulating state and the second circulating state, the fluid from the
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。
FIG. 7 is an enlarged view of the sealing portion by the sealing
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。
In this way, the
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。
In the present embodiment, when the
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。
In the present embodiment, the sealing
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。
As shown in FIGS. 3 and 4, in this embodiment, the opening
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。
Here, in a system (a vehicle
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。
In this embodiment, the
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。
By configuring as described above, the
〔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。
[Other embodiments]
In the above embodiment, the
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。
In the above embodiment, an example in which the
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。
In the above embodiment, the
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。
In the above-described embodiment, the opening
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。
In the above-described embodiment, the
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。
In the above-described embodiment, the
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。
In the above-described embodiment, the sealing performance between the
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。
In the above embodiment, the
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。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in a valve device capable of restricting communication between a fluid introduction path and a fluid discharge path.
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
1: Valve Device 10: Housing 11: Space 12: Inner Peripheral Wall 14: Opening Portion 20: Fluid Introduction Path 30: Fluid Discharge Path 40: Valve Body 41: Large Radius Portion 42: Small Radius Portion 43: Intermediate Portion 44: Opening Portion 45: Communicating passage 50: Valve body rotation mechanism 60: Sealing member 61: Tip part 70: Biasing member 80: Regulating mechanism X: Axial center
Claims (5)
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。 a housing having a cylindrical inner peripheral wall in which a cylindrical space is formed;
a fluid introduction path formed in the housing and communicating with the cylindrical space on the inner peripheral wall;
a plurality of fluid discharge paths formed in the housing and communicating with the cylindrical space on the inner peripheral wall;
a large-radius portion accommodated in the cylindrical space and formed with a predetermined first inner radius corresponding to the inner radius of the inner peripheral wall of the housing when viewed along the axis of the cylindrical space; a small radius portion formed with a second inner radius smaller than the first inner radius; and a large radius portion and the small radius portion formed to connect the first inner radius. an intermediate portion that is an intermediate distance between the radius and the second inner radius; and an opening portion that opens in at least one of the small radius portion and the intermediate portion; a valve body made of a spherical body having therein a communication passage capable of communicating with at least one of the fluid discharge passages of
a valve body rotation mechanism that rotates the valve body within the cylindrical space with the axis as the rotation axis;
valve device.
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。 a biasing member that biases the seal member from the upstream side of the fluid introduction path toward the valve body;
4 . The valve device according to claim 2 , further comprising a restriction mechanism that restricts a distal end portion of the seal member on the valve body side from protruding further toward the valve body than the second inner radius. 4 .
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