(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池からの酸化剤ガスの排出を制御する下流側弁における弁の開閉動作によるシール部の摩耗を抑制して全閉時における漏れの発生をなくすことができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システムにおいて、出口統合弁は、弁座１３に、非駆動時に弁体１４と弁座１３との間を封止するゴムシート２１（リップ部２１ａ）が設けられているものであり、コントローラは、出口統合弁を全閉状態から開弁する場合、コンプレッサを作動させてエアを燃料電池スタックへ供給することによりスタック圧を上昇させ、スタック圧が所定圧より大きくなったときに、出口統合弁を微少開度で開弁させる微開制御を行う。【選択図】図２５
2017162759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給通路と、前記酸化剤ガス供給通路に設けられて酸化剤ガスを前記燃料電池に供給するコンプレッサと、前記酸化剤ガス供給通路にて前記コンプレッサと前記燃料電池との間に設けられた上流側弁と、前記燃料電池に供給された酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出通路と、前記酸化剤ガス排出通路に設けられた下流側弁と、前記酸化剤ガス供給通路と前記酸化剤ガス排出通路とに接続されたバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられ前記バイパス通路を流れる酸化剤ガスの流量を制御するバイパス弁と、前記燃料電池内におけるスタック圧を検出するスタック圧検出部と、各種制御を行う制御部と、を有する燃料電池システムにおいて、
前記下流側弁は、
弁孔と前記弁孔の縁部に形成されたシート面を含む弁座と、
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前記弁体を回転させる回転軸と、
前記回転軸を開弁方向に回転させる駆動力を発生させる駆動機構と、
前記回転軸と一体的に設けられ前記駆動力を受給する駆動力受給部と、
前記回転軸の中心軸方向について前記弁体と前記駆動力受給部との間の位置に配置され前記回転軸を支持する軸受と、
前記回転軸を閉弁方向に回転させる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とを有し、
前記回転軸の中心軸が前記弁体の径方向と平行に伸びており、前記回転軸の中心軸が前記弁孔の中心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、
前記駆動機構の非駆動時に、前記リターンスプリング力に起因して発生する力であり、かつ、前記軸受の中心軸に対して垂直な方向に作用する力であって、前記軸受を支点として前記回転軸を傾けて前記弁体を前記弁座から離れる方向に付勢する反弁座方向付勢力を発生させ、
前記弁座又は前記弁体のいずれか一方に、前記駆動機構の非駆動時に前記弁体と前記弁座との間を封止するシール部材が設けられているものであり、
前記制御部は、
前記下流側弁を全閉状態から開弁する場合、前記コンプレッサを作動させて酸化剤ガスを前記燃料電池へ供給することによりスタック圧を上昇させ、前記スタック圧検出部で検出されるスタック圧が第１所定圧より大きくなったときに、前記下流側弁を所定の微少開度で開弁させる微開制御を行う
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載する燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、
前記下流側弁を開弁状態から全閉にする場合、前記微開制御を行った後、前記コンプレッサを作動させて酸化剤ガスを前記燃料電池へ供給することによりスタック圧を上昇させ、前記スタック圧検出部で検出されるスタック圧が前記第１所定圧以下である第２所定圧より大きくなったときに、前記下流側弁を全閉にする
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する燃料電池システムにおいて、
前記回転軸は、前記軸受により片持ち支持されており、
前記シール部材の厚さが、前記回転軸の中心軸方向において前記軸受側から離れるにしたがって徐々に厚くされている
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載する燃料電池システムにおいて、
前記回転軸は、前記軸受により片持ち支持されており、
前記シール部材の硬度が、前記回転軸の中心軸方向において前記軸受側から離れるにしたがって徐々に高くされている
ことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを供給することにより発電する燃料電池を備える燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、特許文献１に開示されるような燃料電池システムが存在する。この燃料電池システムは、燃料電池スタック（燃料電池）と、燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給するためのガス供給通路と、燃料電池への酸化剤ガスの供給を制御する上流側弁と、ガス供給通路に設けられるコンプレッサと、燃料電池スタックに供給された酸化剤ガスを排出するためのガス排出通路と、燃料電池からの酸化剤ガスの排出を制御する下流側弁と、燃料電池スタックを迂回させて酸化剤ガスをガス排出通路に排出するバイパス通路と、バイパス通路に設けられたバイパス通路を流れる酸化剤ガスの流量を調節するバイパス弁とを備えている。
【０００３】
そして、このような燃料電池システムにおいて、下流側弁として偏心弁（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）を適用することを、本出願人が特願２０１５−２５３２５９号にて提案している。この下流側弁は、弁座に設けたシール部に弁体を密着させて（押し付けて）ガス排出通路を封止するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１９２２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した燃料電池システムにおける下流側弁では、シール部に弁体を密着させて（押し付けて）全閉にするため、弁の開閉動作によって弁体がシール部に接触した状態で摺動する。そのため、弁体とシール部との摺動によってシール部が摩耗するおそれがある。そして、シール部が摩耗するとシール性が低下して漏れが発生してしまう。そうすると、燃料電池に酸化剤ガスが流れて燃料電池が劣化してしまう。
【０００６】
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、下流側弁の開閉動作によるシール部の摩耗を抑制して全閉時における漏れの発生をなくすことができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明の一形態は、燃料電池と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給通路と、前記酸化剤ガス供給通路に設けられて酸化剤ガスを前記燃料電池に供給するコンプレッサと、前記酸化剤ガス供給通路にて前記コンプレッサと前記燃料電池との間に設けられた上流側弁と、前記燃料電池に供給された酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出通路と、前記酸化剤ガス排出通路に設けられた下流側弁と、前記酸化剤ガス供給通路と前記酸化剤ガス排出通路とに接続されたバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられ前記バイパス通路を流れる酸化剤ガスの流量を制御するバイパス弁と、前記燃料電池内におけるスタック圧を検出するスタック圧検出部と、各種制御を行う制御部と、を有する燃料電池システムにおいて、前記下流側弁は、弁孔と前記弁孔の縁部に形成されたシート面を含む弁座と、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前記弁体を回転させる回転軸と、前記回転軸を開弁方向に回転させる駆動力を発生させる駆動機構と、前記回転軸と一体的に設けられ前記駆動力を受給する駆動力受給部と、前記回転軸の中心軸方向について前記弁体と前記駆動力受給部との間の位置に配置され前記回転軸を支持する軸受と、前記回転軸を閉弁方向に回転させる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とを有し、前記回転軸の中心軸が前記弁体の径方向と平行に伸びており、前記回転軸の中心軸が前記弁孔の中心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、前記駆動機構の非駆動時に、前記リターンスプリング力に起因して発生する力であり、かつ、前記軸受の中心軸に対して垂直な方向に作用する力であって、前記軸受を支点として前記回転軸を傾けて前記弁体を前記弁座から離れる方向に付勢する反弁座方向付勢力を発生させ、前記弁座又は前記弁体のいずれか一方に、前記駆動機構の非駆動時に前記弁体と前記弁座との間を封止するシール部材が設けられているものであり、前記制御部は、前記下流側弁を全閉状態から開弁する場合、前記コンプレッサを作動させて酸化剤ガスを前記燃料電池へ供給することによりスタック圧を上昇させ、前記スタック圧検出部で検出されるスタック圧が第１所定圧より大きくなったときに、前記下流側弁を所定の微少開度で開弁させる微開制御を行うことを特徴とする。
【０００８】
この燃料電池システムでは、制御部により、下流側弁を全閉状態から開弁する場合、コンプレッサを作動させて酸化剤ガスを前記燃料電池へ供給することによりスタック圧が上昇させられる。そうすると、上昇したスタック圧が下流側弁に作用するため、シール部材が弁体又は弁座から離れる方向へ弾性変形する。これにより、シール部材の弁体又は弁座に対する接触面圧が低下する。なお、このとき、シール部は、弁体又は弁座から離れていてもよいし、接触していてもよい。
【０００９】
そして、シール部材の弁体又は弁座に対する接触面圧が低下した状態で、スタック圧が第１所定圧より大きくなったときに微開制御が行われ、下流側弁が所定の微少開度で開弁させられる。従って、弁開時におけるシール部に対する摺動摩擦が低減される。これにより、シール部材の摩耗を抑制することができる。その結果として、全閉時における漏れの発生をなくすことができ、燃料電池の劣化を抑制することができる。
【００１０】
上記した燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記下流側弁を開弁状態から全閉にする場合、前記微開制御を行った後、前記コンプレッサを作動させて酸化剤ガスを前記燃料電池へ供給することによりスタック圧を上昇させ、前記スタック圧検出部で検出されるスタック圧が前記第１所定圧以下である第２所定圧より大きくなったときに、前記下流側弁を全閉にすることが望ましい。
【００１１】
このようにすることにより、シール部材の弁体又は弁座に対する接触面圧が低下した状態で、下流側弁が全閉にされる。従って、全閉にする際にもシール部に対する摺動摩擦が低減する。これにより、弁の開閉時の両方において、シール部材の摩耗を抑制することができる。その結果として、全閉時における漏れの発生を確実になくすことができ、燃料電池の劣化を確実に抑制することができる。
【００１２】
そして、上記した燃料電池システムにおいて、前記回転軸は、前記軸受により片持ち支持されており、前記シール部材の厚さが、前記回転軸の中心軸方向において前記軸受側から離れるにしたがって徐々に厚くされていることが望ましい。
【００１３】
このようにすることにより、全閉状態から開弁する際及び開弁状態から全閉にする際における弁体又は弁座とシール部との接触面圧を、弁体全周又は弁座全周において均一にすることができる。これにより、特定箇所（軸受側）において弁体又は弁座とシール部との摺動摩擦が大きくなることを抑制することができるため、シール部材の摩耗を抑制することができる。
【００１４】
あるいは、上記した燃料電池システムにおいて、前記回転軸は、前記軸受により片持ち支持されており、前記シール部材の硬度が、前記回転軸の中心軸方向において前記軸受側から離れるにしたがって徐々に高くされていてもよい。
【００１５】
このようにしても、全閉状態から開弁する際及び開弁状態から全閉にする際における弁体又は弁座とシール部との接触面圧を、弁体全周又は弁座全周において均一にすることができるため、シール部材の摩耗を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る燃料電池システムによれば、下流側弁の開閉動作によるシール部の摩耗を抑制して全閉時における漏れの発生をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】出口統合弁の正面図である。
【図３】出口統合弁の上面図である。
【図４】弁体が弁座に接触した閉弁状態（全閉状態）における弁部を一部破断して示した斜視図である。
【図５】弁体が弁座から最も離れた全開状態における弁部を一部破断して示した斜視図である。
【図６】流量制御弁が閉弁状態であるときの弁座、弁体及び回転軸を示す側面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。
【図８】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】図２のＣ−Ｃ断面図である。
【図１０】弁ハウジングからエンドフレームを取り外した状態を示す正面図である。
【図１１】モータの非駆動時において、メインギヤとリターンスプリングと中間ギヤの周辺の拡大図（一部断面図）である。
【図１２】モータの非駆動時において、メインギヤに作用する力を示した模式図であり、回転軸の中心軸方向のメインギヤ側から見た図である。
【図１３】図１２のＤ−Ｄ断面図に相当する図であって、弁座と弁体と回転軸と軸受とメインギヤを表した模式図である。
【図１４】モータの駆動時において、メインギヤに作用する力を示した模式図であり、回転軸の中心軸方向のメインギヤ側から見た図である。
【図１５】図１４のＥ−Ｅ断面図に相当する図であって、弁座と弁体と回転軸と軸受とメインギヤを表した模式図である。
【図１６】図１５に対応する図であって、図１５のときよりもモータ駆動力を大きくしたときを表した図である。
【図１７】モータの駆動時において、弁開度がαのときのメインギヤとリターンスプリングと中間ギヤの周辺の拡大図（一部断面図）である。
【図１８】図１６に対応する図であって、図１６のときよりもモータ駆動力を大きくしたときを表した図である。
【図１９】モータの駆動時において、弁開度がβのときのメインギヤとリターンスプリングと中間ギヤの周辺の拡大図（一部断面図）である。
【図２０】弁開度と開口面積の関係図である。
【図２１】リップ部（シール部）を示す図である。
【図２２】第１実施形態における制御フローチャートを示す図である。
【図２３】第１実施形態における制御タイムチャートを示す図である。
【図２４】第２実施形態のリップ部における硬度について説明する図である。
【図２５】第３実施形態のリップ部のＥ点における断面図である。
【図２６】第３実施形態のリップ部のＦ点における断面図である。
【図２７】第３実施形態のリップ部のＧ点における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第１実施形態］
本発明に係る実施形態である燃料電池システムについて、図１を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、燃料電池車に搭載され、その駆動用モータ（図示略）に電力を供給する燃料電池システムに、本発明を適用した場合について説明する。
【００１９】
本実施形態の燃料電池システム１０１は、図１に示すように、燃料電池スタック（燃料電池）１１１と、水素系１１２と、エア系１１３を有する。
【００２０】
燃料電池スタック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、燃料電池スタック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、燃料電池スタック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。なお、燃料電池スタック１１１には、燃料電池スタック１１１内の圧力（スタック圧）を検出するスタック圧センサ１１１Ｐが備わっている。
【００２１】
水素系１１２は、燃料電池スタック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から燃料電池スタック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、燃料電池スタック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。
【００２２】
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（燃料ガス供給部）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と燃料電池スタック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と燃料電池スタック１１１の間の圧力を検出するセンサである。
【００２３】
また、水素系１１２は、水素排出通路１２２において、燃料電池スタック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。
【００２４】
エア系１１３は、燃料電池スタック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スタック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、燃料電池スタック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から燃料電池スタック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。
【００２５】
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、コンプレッサ１７２、インタークーラ１７３、入口封止弁（上流側弁）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。コンプレッサ１７２は、エアを燃料電池スタック１１１に供給する機器である。インタークーラ１７３は、エアを冷却する機器である。入口封止弁１７４は、燃料電池スタック１１１へのエアの供給と遮断を切り換える弁である。
【００２６】
また、エア系１１３は、エア排出通路１６２において、燃料電池スタック１１１側から順に、出口統合弁（下流側弁）１８１、希釈器１８２が配置されている。
【００２７】
出口統合弁１８１は、燃料電池スタック１１１からのエアオフガスの排出と遮断を切り換える弁（封止機能を有する弁）であるとともに、燃料電池スタック１１１の背圧を調整して燃料電池スタック１１１からのエアオフガスの排出量を制御する弁（調圧（流量制御）機能を有する弁）である。この出口統合弁１８１として、弁体のシール面が回転軸から偏心して配置される偏心弁が適用されている。出口統合弁１８１の詳細については、後述する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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（制御部）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とともに各種判定を行う。なお、燃料電池システム１０１は、その他、燃料電池スタック１１１の冷却を行う冷却系（不図示）も有する。なお、本実施形態では、コントローラ２０１は、例えばＥＣＵである。
【００３１】
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から燃料電池スタック１１１に供給された水素ガスは、燃料電池スタック１１１にて発電に使用された後、燃料電池スタック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から燃料電池スタック１１１に供給されたエアは、燃料電池スタック１１１にて発電に使用された後、燃料電池スタック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。
【００３２】
ここで、下流側弁である出口統合弁１８１について、図２〜図２１を参照しながら説明する。図２及び図３に示すように、出口統合弁１８１は、弁部２と駆動機構部３を備える。弁部２は、内部にエア（空気）が流れる流路１１を有する管部１２（図８参照）を備え、流路１１の中には弁座１３、弁体１４及び回転軸１５が配置されている。回転軸１５に対しては、駆動機構部３から駆動力（回転力）が伝えられる。駆動機構部３は、モータ３２と減速機構３３（図８や図９参照）を備えている。
【００３３】
図４及び図５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と一体的に回転する。
【００３４】
本実施形態では、弁座１３に、ゴムシート（シール部）２１が設けられている。そして、ゴムシート２１に、前記のシート面１７が形成されている。なお、このゴムシート２１の詳細については、後述する。
【００３５】
本実施形態では、図４及び図５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が燃料電池スタック１１１側（エアの流れの上流側）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（エアの流れの下流側）に配置されている。すなわち、本実施形態では、エアは、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。
【００３６】
図６及び図７に示すように、回転軸１５の中心軸Ｌｓは、弁体１４の径方向（詳しくは、弁体１４の円板状の部分の径方向）と平行に伸び、弁孔１６の中心軸Ｐ１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が回転軸１５の中心軸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。
【００３７】
また、弁体１４について回転軸１５の中心軸Ｌｓを中心に回転させることにより、弁体１４のシール面１８が、シート面１７に面接触する閉弁位置（図４参照）とシート面１７から最も離れる全開位置（図５参照）との間で移動可能となっている。
【００３８】
図８及び図９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、回転軸１５の中心軸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、回転軸１５の中心軸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。
【００３９】
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、回転軸１５の中心軸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。本実施形態では、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に対して溶接により固定され、流路１１内に配置されている。
【００４０】
エンドフレーム３６は、弁ハウジング３５に対し複数のクリップ３９（図２及び図３参照）により固定されている。図８及び図９に示すように、回転軸１５の基端部１５ｂには、扇形ギヤを備えるメインギヤ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Ｆｓ１（図１２参照）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Ｆｓ１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（後述する弁開度θが「０」になる方向）へ付勢する力である。
【００４１】
リターンスプリング４０は、線材がコイル状に巻かれて形成された弾性体である。リターンスプリング４０は、その線材の両端部において、図１１に示すように、奥側フック４０ａと、手前側フック４０ｂを備えている。奥側フック４０ａと手前側フック４０ｂは、リターンスプリング４０の周方向について約１８０°離れた位置に配置されている。奥側フック４０ａは、弁ハウジング３５側（図１１の紙面奥側）に配置され、弁ハウジング３５のスプリングフック部３５ｃ（図１９参照）に接触している。一方、手前側フック４０ｂは、メインギヤ４１側（図１１の紙面手前側）に配置され、メインギヤ４１のスプリングフック部４１ｃに接触している。
【００４２】
また、図８〜図１１に示すように、メインギヤ４１は、全閉ストッパ部４１ａと、歯車部４１ｂと、スプリングフック部４１ｃと、スプリングガイド部４１ｄなどを備えている。そして、メインギヤ４１の周方向（図１１の反時計方向）について、順に、全閉ストッパ部４１ａ、歯車部４１ｂ、スプリングフック部４１ｃが形成されている。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。全閉ストッパ部４１ａは、弁開度θが「０」であるときに、弁ハウジング３５の全閉ストッパ部３５ｂに接触する部分である。なお、メインギヤ４１は、本発明における「駆動力受給部」の一例である。
【００４３】
弁開度θは、回転軸１５が中心軸Ｌｓを中心に回転したときの回転軸１５の回転角度であり、メインギヤ４１の回転角度や弁体１４の開度に相当するものである。そして、弁開度θが「０」であるときとは、言い換えると、回転軸１５の回転角度が回転軸１５の回転範囲内における最小角度であるときである。図８〜図１１は、弁開度θが「０」であるときを示している。
【００４４】
図１１に示すように、歯車部４１ｂは、中間ギヤ４２の小径ギヤ４２ｂと噛み合っている。スプリングフック部４１ｃは、リターンスプリング４０の手前側フック４０ｂに接触しており、手前側フック４０ｂからリターンスプリング力Ｆｓ１が加えられている（図１２参照）。
【００４５】
図９に示すように、スプリングガイド部４１ｄは、コイル状のリターンスプリング４０の内部に配置され、リターンスプリング４０を支持している。また、スプリングガイド部４１ｄは、回転軸１５における基端部１５ｂ側の部分にて、回転軸１５と一体的に設けられている。
【００４６】
図９に示すように、メインギヤ４１は、凹部４１ｅを備え、その凹部４１ｅに略円板形状をなす磁石４６が収容されている。そのため、メインギヤ４１が弁体１４及び回転軸１５と一体に回転することにより、磁石４６は回転し、磁石４６の磁界が変化する。そして、その磁石４６の磁界の変化を回転角度センサ（不図示）により検知することにより、メインギヤ４１の回転角度を弁体１４の開度として検出するようになっている。
【００４７】
図８に示すように、モータ３２は、弁ハウジング３５に形成された収容凹部３５ａに収容されて固定されている。モータ３２は、回転軸１５を開弁、および、閉弁方向に回転させる駆動力を発生させる。モータ３２は、弁体１４を開閉駆動するために減速機構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の出力軸３２ａ（図１０参照）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。
【００４８】
中間ギヤ４２は、大径ギヤ４２ａと小径ギヤ４２ｂを有する二段ギヤであり、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。大径ギヤ４２ａの直径は、小径ギヤ４２ｂの直径よりも大きい。大径ギヤ４２ａには、モータギヤ４３が駆動連結され、小径ギヤ４２ｂには、メインギヤ４１が駆動連結されている。本実施形態では、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。
【００４９】
なお、モータ３２は、本発明における「駆動機構」の一例である。また、中間ギヤ４２（駆動伝達部）は、モータ３２の駆動力を回転軸１５に伝達する。
【００５０】
詳しくは後述するが、このような構成の出口統合弁１８１は、図４に示すような閉弁状態（弁体１４のシール面１８の全周と弁座１３のシート面１７の全周とが接触している状態）から、モータ３２に通電させると、メインギヤ４１にギヤ歯を押す力（モータ駆動力Ｆｍ１（図１４参照））が加わり、てこの原理により弁体１４を弁座１３に向かう方向へ移動させる（図１５参照）。その後、モータ３２に印加する駆動電圧（電流）が徐々に大きくなると、出力軸３２ａとモータギヤ４３が正方向（弁体１４を開弁させる方向）へ回転して、その回転が中間ギヤ４２により減速されてメインギヤ４１に伝達される。そして、リターンスプリング４０により発生する力であって閉弁方向へ付勢するリターンスプリング力Ｆｓ１に抗して、弁体１４が開弁して流路１１が開かれる（図１６及び図１８参照）。その後、弁体１４が開弁する途中でモータ３２に印加する駆動電圧が一定に維持されると、そのときの弁体１４の開度にてモータ駆動力Ｆｍ１とリターンスプリング力Ｆｓ１とが均衡して、弁体１４は所定開度に保持される。
【００５１】
そこで、本実施形態における出口統合弁１８１の作用について詳細に説明する。まず、モータ３２へ通電がなされていないモータ３２の非駆動時（モータ３２が停止しているとき）には、弁開度θが「０」の状態、すなわち、出口統合弁１８１が閉弁状態である。そして、このとき、図１１に示すように、メインギヤ４１の全閉ストッパ部４１ａは、弁ハウジング３５の全閉ストッパ部３５ｂに接触している。
【００５２】
このとき、回転軸１５の周方向についての力関係を考えると、図１２に示すように、メインギヤ４１のスプリングフック部４１ｃには、リターンスプリング４０の手前側フック４０ｂからリターンスプリング力Ｆｓ１が加わっている。なお、図１２に示すように、回転軸１５の中心軸Ｌｓを原点とし、ｘ軸を水平方向とし、ｙ軸を鉛直方向とする直交座標系において、＋ｘ方向かつ＋ｙ方向を第１象限、−ｘ方向かつ＋ｙ方向を第２象限、−ｘ方向かつ−ｙ方向を第３象限、＋ｘ方向かつ−ｙ方向を第４象限とする。このとき、奥側フック４０ａおよび全閉ストッパ部４１ａは第１象限に位置するように配置され、手前側フック４０ｂおよびスプリングフック部４１ｃは第３象限に位置するように配置されている。
【００５３】
ここで、てこの原理において、全閉ストッパ部４１ａに支点が設定され、スプリングフック部４１ｃに力点が設定され、全閉ストッパ部４１ａとスプリングフック部４１ｃとの間の中央部に作用点が設定されるとする。すると、スプリングフック部４１ｃに加わるリターンスプリング力Ｆｓ１により、全閉ストッパ部４１ａとスプリングフック部４１ｃとの間の中央部に力Ｆｓ２が作用する。なお、（力Ｆｓ２）＝２×（リターンスプリング力Ｆｓ１）である。なお、図１２において、全閉ストッパ部４１ａとスプリングフック部４１ｃとの間の距離は「２Ｒ」としている。
【００５４】
このとき、回転軸１５の中心軸Ｌｓ方向に沿った断面における力関係を考えると、図１３に示すように、力Ｆｓ２の＋ｙ方向成分は、分力Ｆｓ３となる。なお、＋ｙ方向とは、第１軸受３７や第２軸受３８の中心軸Ｌｊ方向（ｘ方向）に対して垂直な方向であって、弁体１４に対して弁座１３方向（図１２や図１３の図面上方向）である。また、（分力Ｆｓ３）＝（力Ｆｓ２）×（ｓｉｎθ１）である。なお、図１２に示すように、角度θ１は、ｘ方向に対して、全閉ストッパ部４１ａとスプリングフック部４１ｃの配列方向がなす角度である。
【００５５】
そして、この分力Ｆｓ３により、スプリングガイド部４１ｄの位置では、力Ｆｓ４（反弁座方向付勢力）が＋ｙ方向に作用している。なお、（力Ｆｓ４）＝（分力Ｆｓ３）×Ｌｂ／Ｌａである。このように、力Ｆｓ４は、リターンスプリング力Ｆｓ１に起因して発生する力であって、かつ、第１軸受３７と第２軸受３８の中心軸Ｌｊに対して垂直な方向に作用する力である。なお、距離Ｌａは、ｘ方向について第１軸受３７が配置される位置から力Ｆｓ４が作用する位置までの距離である。また、距離Ｌｂは、ｘ方向について第１軸受３７が配置される位置から分力Ｆｓ３が作用する位置までの距離である。
【００５６】
このようにスプリングガイド部４１ｄの位置で力Ｆｓ４が＋ｙ方向に作用することにより、スプリングガイド部４１ｄと一体の回転軸１５は、第１軸受３７を支点に、図１３における時計回りに回転して傾く。これにより、てこの原理により、回転軸１５の基端部１５ｂに設けられるメインギヤ４１は＋ｙ方向に移動する一方で、回転軸１５のピン１５ａに設けられる弁体１４は−ｙ方向に移動する。そのため、弁体１４は、弁座１３から離れる方向（反弁座方向）に移動する。このようにして、モータ３２の非駆動時であって、出口統合弁１８１が閉弁状態であるときに、弁体１４は、力Ｆｓ４により、弁座１３から離れる方向に移動する。なお、このとき、回転軸１５は、第２軸受３８により制止される。
【００５７】
本実施形態では、このとき、図１３に示すように、弁体１４は、弁座１３に設けられたゴムシート２１（シール部材）に接触している。詳しくは、図２１に示すように、弁体１４は、ゴムシート２１に備わるリップ部２１ａに接触している。なお、このとき、弁体１４は、リップ部２１ａの全周に亘って接触している。リップ部２１ａは、弁体１４に押されて撓むことができるように形成されている。このようにして、弁座１３と弁体１４との間はゴムシート２１で封止（シール）されており、出口統合弁１８１は簡単な構成でシール性が確保されている。ここで、燃料電池システム１０１が搭載された車両の停止時において、燃料電池スタック１１１へエアを吸入させないようにするため、出口統合弁１８１には封止機能が要求される。そして、本実施形態では、このように要求される出口統合弁１８１の封止機能を得るため、弁座１３と弁体１４との間をゴムシート２１で封止する。
【００５８】
また、このとき、弁開度θと開口面積Ｓの関係を示す図２０において、点Ｐ１ａの位置に存在する。ここで、「出口統合弁１８１が閉弁状態であるとき」とは、弁開度θ（弁体１４の開度）が「０」のときであり、言い換えると、回転軸１５の回転角度が全閉のときの角度（回転軸１５の回転範囲内における最小角度）であるときである。
【００５９】
その後、モータ３２へ通電がなされるモータ３２の駆動時には、中間ギヤ４２の小径ギヤ４２ｂ（図１１参照）からメインギヤ４１の歯車部４１ｂ（図１１参照）に対して当該メインギヤ４１を回転させようとするモータ駆動力Ｆｍ１が作用する。このとき、回転軸１５の周方向についての力関係を考えると、図１４に示すように、モータ駆動力Ｆｍ１は、−ｙ方向に作用する。なお、−ｙ方向とは、第１軸受３７や第２軸受３８の中心軸Ｌｊ方向（ｘ方向）に対して垂直な方向であって、弁座１３に対して弁体１４が配置される方向（図１２や図１３の図面下方向）である。
【００６０】
そして、モータ駆動力Ｆｍ１により、回転軸１５の中心軸Ｌｓの位置では、力Ｆｍ２が−ｙ方向に作用している。さらに、回転軸１５の中心軸Ｌｓ方向に沿った断面における力関係を考えると、図１５に示すように、スプリングガイド部４１ｄの位置では、力Ｆｍ３（弁座方向付勢力）が−ｙ方向に作用している。なお、（力Ｆｍ３）＝（力Ｆｍ２）×Ｌｂ／Ｌａである。このように、モータ３２の駆動時に、力Ｆｍ３が発生する。この力Ｆｍ３は、モータ駆動力Ｆｍ１に起因して発生する力であって、かつ、第１軸受３７と第２軸受３８の中心軸Ｌｊに対して垂直な方向に作用する力である。そして、力Ｆｍ３は、第１軸受３７を支点として回転軸１５を回転させて傾けて、弁体１４を弁座１３に向かう方向に付勢する。
【００６１】
そして、図１５に示すように、力Ｆｍ３が前記の力Ｆｓ４よりも大きくなると、メインギヤ４１のスプリングガイド部４１ｄと一体の回転軸１５は、第１軸受３７を支点に図１５における反時計回りに回転して傾く。これにより、てこの原理により、メインギヤ４１は−ｙ方向に移動する一方で、弁体１４は＋ｙ方向に移動する。このようにして、弁体１４は、力Ｆｍ３により、弁座１３に向かう方向（弁座方向）に移動する。
【００６２】
本実施形態では、このとき、ゴムシート２１のリップ部２１ａは、弁体１４に押されて変形しているが、リップ部２１ａの変形は弾性領域内で行われ、塑性変形はしない。なお、このとき、弁開度θと開口面積Ｓの関係を示す図２０において、点Ｐ１ｂの位置に存在する。
【００６３】
その後、モータ３２に印加させる駆動電圧が大きくなってモータ駆動力Ｆｍ１が大きくなると、回転軸１５は、第１軸受３７を支点に図１６における反時計回りにさらに回転して傾く。これにより、メインギヤ４１は−ｙ方向にさらに移動する一方で、弁体１４は＋ｙ方向にさらに移動する。このとき、回転軸１５は中心軸Ｌｓを中心に回転し、弁開度θ（回転軸１５の回転角度）が微少開度「α」になり（図１７参照）、開口面積Ｓが増加する。そして、このとき、図１７に示すように、メインギヤ４１の全閉ストッパ部４１ａは、弁ハウジング３５の全閉ストッパ部３５ｂから離れる。なお、図１６に示すように、回転軸１５は、第２軸受３８により制止される。また、このとき、弁開度θと開口面積Ｓの関係を示す図２０において、点Ｐ１ｃの位置に存在する。この状態がコントローラ２０１によって出口統合弁１８１が微開制御されている状態である。
【００６４】
その後、モータ駆動力Ｆｍ１がさらに大きくなると、回転軸１５は中心軸Ｌｓを中心にさらに回転し、図１８に示すように、弁体１４が弁座１３からさらに離れて、開口面積Ｓがさらに増加する。このとき、弁開度θが「β」になる（図１９参照）。また、このとき、弁開度θと開口面積Ｓの関係を示す図２０において、点Ｐ１ｄの位置に存在する。以上のようにして、モータ駆動力Ｆｍ１による出口統合弁１８１の開弁動作が行われる。
【００６５】
ここで、出口統合弁１８１では、弁体１４をリップ部２１ａに押し付けて密着させた状態で全閉にする。そのため、弁の開閉動作によって弁体１４がリップ部２１ａに接触した状態で摺動するので、リップ部２１ａが摩耗するおそれがある。そこで、燃料電池システム１０１では、弁体１４がリップ部２１ａに接触した状態で摺動する、出口統合弁１８１を全閉状態から開弁する場合及び開弁状態から全閉にする場合において、以下に述べる制御（ＦＣエア統合弁制御）を実施している。
【００６６】
すなわち、コントローラ２０１が、図２２に示す制御フローチャートに基づく制御を実行する。まず、スタック圧センサ１１１Ｐからスタック圧ＳＴＰを取り込む（ステップＳ１）。次に、開弁要求の有無を判断する（ステップＳ２）。そして、開弁要求が有る場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）には、入口封止弁開弁制御を行い（ステップＳ３）、入口封止弁１７４の通電をＯＮにする（ステップＳ４）。これにより、入口封止弁１７４が開弁される。一方、開弁要求がない場合（ステップＳ２：ＮＯ）には、後述するステップＳ２０の処理を実施する。
【００６７】
続いて、出口統合弁１８１が全閉であるか否かを判断する（ステップＳ５）。具体的には、ＸＡＣＶＣフラグが「０」であるか否かを判断する。なお、ＸＡＣＶＣフラグは、出口統合弁１８１の全閉状態を判断するためのフラグであり、「０」の場合には全閉でないことを示し、「１」の場合には全閉であることを示す。
【００６８】
そして、ＸＡＣＶＣフラグが「０」である場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、つまり出口統合弁１８１が全閉でない場合には、出口統合弁１８１及びバイパス弁１９１について、発電要求に応じたエア供給（要求エア量に応じた）制御を行う（ステップＳ６）。一方、ＸＡＣＶＣフラグが「１」である場合（ステップＳ５：ＮＯ）、つまり出口統合弁１８１が全閉の場合には、スタック圧ＳＴＰが所定圧Ｂ（第１所定圧）より小さいか否かを判断する（ステップＳ１０）。
【００６９】
スタック圧ＳＴＰが所定圧Ｂより小さい場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）には、燃料電池スタック１１１へのエア流入量を増加させてスタック圧を上昇させる（ステップＳ１１）。具体的には、コンプレッサ１７２の回転数を上昇させる、又はバイパス弁１９１を閉弁する、あるいはコンプレッサの回転数を上昇させるとともにバイパス弁１９１を閉弁する。一方、スタック圧ＳＴＰが所定圧Ｂ以上である場合（ステップＳ１０：ＮＯ）には、出口統合弁１８１に対して微開制御が実施される（ステップＳ１２）。つまり、出口統合弁１８１の開度が微少開度「α」となる開弁制御が行われる。その後、ＸＡＣＶＣフラグが「０」にして（ステップＳ１３）、出口統合弁１８１及びバイパス弁１９１について、発電要求に応じたエア供給（要求エア量に応じた）制御を行う（ステップＳ６）。
【００７０】
ここで、スタック圧ＳＴＰが所定圧Ｂ以上であると、リップ部２１ａが弁体１４から離れる方向へ弾性変形して、リップ部２１ａの弁体１４に対する接触面圧が低下する。なお、所定圧Ｂの設定値を高めに設定することにより、リップ部２１ａが弁体１４から離れるようにすることもできる。このようにすることにより、仮に出口統合弁１８１が閉故障（閉弁状態のままで開弁できない故障）となったときでも弁体１４はゴムシート２１（リップ部２１）から離れるので、出口統合弁１８１においてエアを流すことができる。そのため、出口統合弁１８１が閉故障となったときでも、燃料電池システム１０１が搭載された車両を退避走行させることができる。
【００７１】
そして、リップ部２１ａの弁体１４に対する接触面圧が低下した状態で、ステップＳ１２において微開制御が行われるため、弁開時における弁体１４とリップ部２１ａとの摺動摩擦が非常に小さくなる。これにより、全閉から開弁する際に、リップ部２１ａの摩耗を抑制することができる。従って、出口統合弁１８１の全閉時における漏れをなくすことができ、燃料電池スタック１１１の劣化を抑制することができる。
【００７２】
また、コントローラ２０１は、出口統合弁１８１の開弁要求がない場合（ステップＳ２：ＮＯ）、出口統合弁１８１の閉弁要求があるか否かを判断する（ステップＳ２０）。閉弁要求がある場合（ステップＳ２０：ＹＥＳ）には、出口統合弁１８１において微開制御が実施される（ステップＳ２１）。つまり、出口統合弁１８１の開度が微少開度「α」まで閉じられる。一方、閉弁要求がない場合（ステップＳ２０：ＮＯ）には、出口統合弁１８１及びバイパス弁１９１について、発電要求に応じたエア供給（要求エア量に応じた）制御を行う（ステップＳ６）。
【００７３】
出口統合弁１８１において微開制御が実施されると、スタック圧ＳＴＰが所定圧Ｂ（第２所定圧）より小さいか否かを判断する（ステップＳ２２）。なお、本実施形態では、ステップＳ２２の判定値である第２所定圧を、ステップＳ１０の判定値である第１所定圧と同じ値に設定しているが、第２所定圧は第１所定圧より小さくてもよい。閉弁する際にはスタック圧が上昇するからである。
【００７４】
そして、スタック圧ＳＴＰが所定圧Ｂより小さい場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）には、燃料電池スタック１１１へのエア流入量を増加させてスタック圧を上昇させる（ステップＳ２３）。具体的には、コンプレッサ１７２の回転数を上昇させる、又はバイパス弁１９１を閉弁する、あるいはコンプレッサの回転数を上昇させるとともにバイパス弁１９１を閉弁する。一方、スタック圧ＳＴＰが所定圧Ｂ以上である場合（ステップＳ２２：ＮＯ）には、出口統合弁１８１において全閉制御が実施されて全閉にされる（ステップＳ２４）。その後、ＸＡＣＶＣフラグを「１」にする（ステップＳ２５）。
【００７５】
このようにして、全閉にする場合にも、リップ部２１ａの弁体１４に対する接触面圧を低下させることができる。従って、リップ部２１ａの弁体１４に対する接触面圧が低下した状態で、出口統合弁１８１を全閉にすることができる。よって、全閉にする際の弁体１４とリップ部２１ａの摺動摩擦が大幅に減少する。これにより、出口統合弁１８１の開閉時の両方において、リップ部２１ａの摩耗を抑制することができる。そのため、全閉時における漏れの発生を確実になくすことができ、燃料電池スタック１１１の劣化を確実に抑制することができる。
【００７６】
上記の制御フローチャートに基づく制御が実行されることにより、例えば、図２３に示すような制御タイムチャートで表される制御が実行される。図２３に示すように、時刻Ｔ１にて全閉状態から開弁要求がなされると、コンプレッサ１７２の回転数が上昇させられるためスタック圧が上昇する。これにより、リップ部２１ａが弁体１４から離れる方向へ変形するため、リップ部２１ａと弁体１４との接触面圧が低下する。そして、リップ部２１ａと弁体１４との接触面圧が低下した状態で、スタック圧が「Ｂ」以上になる時刻Ｔ２にて微開制御が実施されて出口統合弁１８１が開弁される。
【００７７】
その後、時刻Ｔ３にて開弁状態から閉弁要求がなされると、微開制御が実施されて開度が「α」にされる（開度αまで閉じられる）。このとき、コンプレッサ１７２の回転数が上昇させられ、スタック圧が上昇する。これにより、リップ部２１ａが弁体１４から離れる方向へ変形するため、リップ部２１ａと弁体１４との接触面圧が低下する。そして、リップ部２１ａと弁体１４との接触面圧が低下した状態で、スタック圧が「Ｂ」以上になる時刻Ｔ４にて全閉制御が実施されて出口統合弁１８１が全閉にされる。
【００７８】
以上、詳細に説明したように本実施形態に係る燃料電池システム１０１によれば、出口統合弁１８１を全閉状態から開弁する際と開弁状態から全閉にする際に、スタック圧を上昇させて弁体１４とゴムシート２１（リップ部２１ａ）の接触面圧を低下させた状態で微開制御を実施する。これにより、全閉状態から開弁する際と開弁状態から全閉にする際に生じる弁体１４とリップ部２１ａとの摺動摩擦が低減されるため、リップ部２１ａの摩耗を抑制することができる。従って、出口統合弁１８１の全閉時における漏れの発生をなくすことができ、燃料電池スタック１１１の劣化を抑制することができる。
【００７９】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、第１実施形態と基本的な構成は同じであるが、リップ部２１ａの構成が異なる。そこで、この相違点について、図２４を参照しながら説明する。
【００８０】
本実施形態の出口統合弁１８１では、回転軸１５が軸受３７，３８を介して片持ち支持されている。そのため、全閉状態から開弁する際又は開弁状態から全閉にする際に、軸受３８（３７）から遠ざかる（離れる）程、リップ部２１ａと弁体１４との接触面圧が小さくなっている。言い換えると、リップ部２１ａにおいては、弁開開時に、軸受３８に近い程、弁体１４との摺動摩擦が大きい。つまり、図２４に示すＥ点、Ｆ点及びＧ点では、Ｇ点が最も摺動摩擦が小さく、Ｅ点が最も摺動摩擦が大きく、Ｆ点がその中間となっている。そのため、リップ部２１ａでは軸受３８に近い程、摩耗し易いので、この部分（図２４のＥ点）から全閉時に漏れが生じるおそれがある。
【００８１】
そのため、本実施形態の出口統合弁１８１では、リップ部２１ａの硬度を変化させている。具体的には、リップ部２１ａの硬度を、図２４に示すように、 回転軸１５の中心軸方向において軸受３８側から離れるにしたがって徐々に高くしている。すなわち、Ｅ点の硬度が最も低く、Ｇ点に向けて徐々に硬度が徐々に高くなっていきＧ点の硬度が最も高くなっている。なお、Ｆ点における硬度が通常の硬度（第１実施形態におけるリップ部の硬度）となっている。
【００８２】
このようにリップ部２１ａの硬度を変化させることにより、全閉状態から開弁する際及び開弁状態から全閉にする際に微開制御を実施したときの弁体１４とリップ部２１ａとの接触面圧を、リップ部２１ａの全周において均一にすることができる。これにより、リップ部２１ａの特定箇所（軸受３８側）において弁体１４との摺動摩擦が大きくなることを抑制することができるため、リップ部２１ａの摩耗を抑制することができる。そのため、全閉時における漏れの発生を確実になくすことができ、燃料電池スタック１１１の劣化を確実に抑制することができる。
【００８３】
［第３実施形態］
最後に、第３実施形態について説明する。第２実施形態では、第２実施形態と基本的な構成は同じであるが、リップ部２１ａにおいて、硬度を変化させる代わりに厚さを変化させる点が異なる。そこで、第３実施形態について、図２５〜図２７を参照しながら説明する。
【００８４】
本実施形態の出口統合弁１８１では、リップ部２１ａの厚さＷを、図２５〜図２７に示すように、 回転軸１５の中心軸方向において軸受３８側から離れるにしたがって徐々に厚くしている。すなわち、Ｅ点の厚さＷｅが最も低く、Ｇ点に向けて徐々に厚くなっていきＧ点の厚さＷｇが最も厚くなっている。なお、Ｆ点における厚さＷｆが通常の厚さ（第１実施形態におけるリップ部の厚さ）になっている。
【００８５】
このようにリップ部２１ａの厚さＷを変化させることにより、全閉状態から開弁する際及び開弁状態から全閉にする際に微開制御を実施したときのおける弁体１４とリップ部２１ａとの接触面圧を、リップ部２１ａの全周において均一にすることができる。これにより、リップ部２１ａの特定箇所（軸受３８側）において弁体１４との摺動摩擦が大きくなることを抑制することができるため、リップ部２１ａの摩耗を抑制することができる。そのため、全閉時における漏れの発生を確実になくすことができ、燃料電池スタック１１１の劣化を確実に抑制することができる。
【００８６】
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。例えば、上記した実施形態では、ゴムシート２１は弁座１３に設けられているが、ゴムシート２１は弁体１４に設けられていてもよい。
また、第１実施形態においては、回転軸１５が第１軸受３７と弁体１４の反対側に別途設けられる軸受とにより両持ち支持されていてもよい。
【符号の説明】
【００８７】
２      弁部
３      駆動機構部
１１    流路
１３    弁座
１４    弁体
１５    回転軸
２１    ゴムシート
２１ａ  リップ部
３２    モータ
３７    第１軸受
３８    第２軸受
４０    リターンスプリング
４１    メインギヤ
１０１  燃料電池システム
１１１  燃料電池スタック（燃料電池）
１１１Ｐ  スタック圧センサ
１１３  エア系
１６１  エア供給通路
１６２  エア排出通路
１６３  バイパス通路
１７２  コンプレッサ
１７４  入口封止弁
１８１  出口統合弁
１９１  バイパス弁
２０１  コントローラ
Ｗ      厚さ
【図１】
2017162759.tif 000003
【図２】
2017162759.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017162759.tif 000009
【図８】
2017162759.tif 000010
【図９】
2017162759.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2017162759.tif 000019
【図１８】
2017162759.tif 000020
【図１９】
2017162759.tif 000021
【図２０】
2017162759.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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