JP2007040193A - Ejector and fuel cell system equipped with same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ejector capable of improving suction capacity with considering supply destination of fluid and being suitably mounted on a fuel cell system. <P>SOLUTION: The ejector 24 sucks second fuel by injection of first fluid and makes the first fluid and the second fluid merged and is provided with a blocking means 81 capable of blocking flow of the first fluid before merger position of the first fluid and the second fluid. The first fluid can be new hydrogen gas and the second fluid can be hydrogen off gas when the ejector mounted in the fuel cell system 1. What is required when power generation of a fuel cell 2 is stopped is just blocking of the flow of new hydrogen gas by the blocking means 81. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、第１流体の噴射により第２流体を吸引して、第１流体と第２流体とを合流させるエジェクタおよびこれを備えた燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to an ejector that sucks a second fluid by injection of the first fluid and joins the first fluid and the second fluid, and a fuel cell system including the ejector.

反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）の供給を受けて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムにおいては、燃料電池から排出される反応オフガス中に、発電に寄与しなかった反応ガスが含まれ得る。従来の燃料電池システムでは、この未反応の反応ガスを再利用すべく、エジェクタにより燃料電池に循環供給させることがある（例えば、特許文献１参照。）。   In a fuel cell system including a fuel cell that generates power upon receiving a supply of reaction gas (fuel gas, oxidizing gas), a reaction gas that has not contributed to power generation may be included in the reaction off-gas discharged from the fuel cell. . In the conventional fuel cell system, in order to reuse the unreacted reaction gas, the fuel cell may be circulated and supplied to the fuel cell (see, for example, Patent Document 1).

特許文献１に記載のエジェクタでは、ニードルが極間差圧（空気極と燃料極との間の差圧）に基づいてノズルの内部で進退することで、燃料ガスの流量を制御する。特許文献１によれば、燃料電池の発電量が低下した場合にも、ニードルとノズルとの間の間隙から燃料ガスを常に噴射し、これにより燃料オフガスを吸引する構成が示唆されている。
特開２００２−２２７７９９号公報（第６頁および第４図） In the ejector described in Patent Document 1, the flow rate of the fuel gas is controlled by moving the needle back and forth inside the nozzle based on the inter-electrode differential pressure (the differential pressure between the air electrode and the fuel electrode). Patent Document 1 suggests a configuration in which fuel gas is always injected from the gap between the needle and the nozzle so that the fuel off-gas is sucked even when the power generation amount of the fuel cell is reduced.
JP 2002-227799 A (page 6 and FIG. 4)

ところで、燃料オフガスを吸引するエジェクタの能力は、ノズルから噴射される燃料ガスの流速（噴射圧力）が大きいほど高まるものである。それゆえ、例えば燃料電池の発電量が多い場合に燃料オフガスを効率よく吸引するべく、噴射圧力を高めに設定された循環能力（吸引能力またはストイキ）の高いエジェクタを用いることが好ましい。しかし、従来のエジェクタの構成では、燃料電池システムに搭載可能なエジェクタの循環能力が制限されていた。その理由は以下の通りである。   By the way, the ability of the ejector for sucking the fuel off-gas increases as the flow velocity (injection pressure) of the fuel gas injected from the nozzle increases. Therefore, for example, when the amount of power generated by the fuel cell is large, it is preferable to use an ejector having a high circulation capacity (suction capacity or stoichiometry) set to a high injection pressure in order to efficiently suck the fuel off gas. However, in the conventional ejector configuration, the circulation capacity of the ejector that can be mounted in the fuel cell system is limited. The reason is as follows.

燃料電池システムの稼動状態では、例えば燃料電池の発電停止時など、反応ガスの供給を続行しつつ燃料電池で反応ガスを消費しない場合がある。この場合、従来のエジェクタは燃料ガスを常に噴射するため、燃料電池内の圧力はエジェクタによる燃料ガスの噴射圧力にまで達し得る。ところが、構造上耐圧が小さい燃料電池に対しては、高い噴射圧力を作用させるのは好ましくない。それゆえ、燃料電池の耐圧を考慮すると、燃料電池システムに搭載可能なエジェクタの循環能力を制限する必要があった。   In the operating state of the fuel cell system, for example, when the power generation of the fuel cell is stopped, the reaction gas may not be consumed by the fuel cell while the supply of the reaction gas is continued. In this case, since the conventional ejector always injects the fuel gas, the pressure in the fuel cell can reach the fuel gas injection pressure by the ejector. However, it is not preferable to apply a high injection pressure to a fuel cell having a small structural pressure resistance. Therefore, considering the pressure resistance of the fuel cell, it is necessary to limit the circulation capacity of the ejector that can be mounted in the fuel cell system.

本発明は、流体の供給先の状態に着目してなされたものであり、その目的とするところは、流体の供給先を考慮して吸引能力を高めることができ、例えば燃料電池システムに好適に搭載することができるエジェクタを提供することである。
また、本発明は、循環能力の高いエジェクタを具備することができる燃料電池システムを提供することをその目的としている。 The present invention has been made paying attention to the state of the fluid supply destination, and the object of the present invention is to increase the suction capacity in consideration of the fluid supply destination, and is suitable for a fuel cell system, for example. It is to provide an ejector that can be mounted.
Another object of the present invention is to provide a fuel cell system that can include an ejector having a high circulation capacity.

本発明のエジェクタは、第１流体の噴射により第２流体を吸引して、第１流体と第２流体とを合流させるエジェクタであって、第１流体と第２流体との合流位置の前に設けられ、第１流体の流れを遮断可能な遮断手段を備えたものである。   The ejector of the present invention is an ejector that sucks the second fluid by the injection of the first fluid and joins the first fluid and the second fluid, and is located before the joining position of the first fluid and the second fluid. Provided is a blocking means that can block the flow of the first fluid.

この構成によれば、噴射する第１流体の流れを遮断することができるため、第１流体および第２流体の供給先が第１流体を必要としない場合に、第１流体を供給しなくて済む。これにより、流体の供給先を考慮して第２流体の吸引能力を向上させることができ、供給先を例えば燃料電池とする燃料電池システムに好適に搭載することができる。   According to this configuration, since the flow of the first fluid to be ejected can be blocked, the first fluid is not supplied when the supply destination of the first fluid and the second fluid does not require the first fluid. That's it. Accordingly, the suction capability of the second fluid can be improved in consideration of the fluid supply destination, and can be suitably mounted in a fuel cell system in which the supply destination is, for example, a fuel cell.

本発明のエジェクタの一態様によれば、第１流体を噴射し、第２流体を吸引するための負圧を発生するノズルと、ノズルの内部を進退移動可能に構成され、その進退位置に応じてノズルを通過する第１流体の流量を調整する流量調整部材とを備え、遮断手段は、流量調整部材の進退移動に連動して、第１流体の流れを遮断および許容することが、好ましい。   According to one aspect of the ejector of the present invention, the nozzle that injects the first fluid and generates the negative pressure for sucking the second fluid, and the inside of the nozzle can be moved forward and backward. It is preferable that the flow rate adjusting member adjusts the flow rate of the first fluid passing through the nozzle, and the blocking means blocks and allows the flow of the first fluid in conjunction with the forward and backward movement of the flow rate adjusting member.

この構成によれば、ノズルの内部における流量調整部材の位置に関連して、遮断手段により第１流体の流れを遮断および許容することができる。例えば、流量調整部材がノズルの内部で進出するほど第１流体の流量を少なくする場合には、流量調整部材が最も進出した際に、遮断手段で第１流体の流れを遮断するようにし、その他の進出位置の場合には、遮断手段で第１流体の流れを許容するにしてもよい。   According to this configuration, the flow of the first fluid can be blocked and allowed by the blocking means in relation to the position of the flow rate adjusting member inside the nozzle. For example, in the case where the flow rate of the first fluid is reduced as the flow rate adjustment member advances inside the nozzle, the flow of the first fluid is blocked by the blocking means when the flow rate adjustment member has advanced most, In the advanced position, the flow of the first fluid may be allowed by the blocking means.

ここで、流量調整部材の進退移動は、電気的に行ってもよいが、自立的に（機械的に）行うことが好ましい。例えば、差圧方式を用いて、流量調整部材の進退移動を自立的に行わせるようにしてもよい。このとき、差圧は、第１流体と第２流体との差圧であってもよい。   Here, the advancing / retreating movement of the flow rate adjusting member may be performed electrically, but is preferably performed autonomously (mechanically). For example, the flow rate adjusting member may be moved independently by using a differential pressure method. At this time, the differential pressure may be a differential pressure between the first fluid and the second fluid.

本発明のエジェクタの一態様によれば、遮断手段はエジェクタの内部に設けられたシール部材で構成され、シール部材は流量調整部材の進退移動により流量調整部材に離接されることが、好ましい。   According to one aspect of the ejector of the present invention, it is preferable that the blocking means is constituted by a seal member provided inside the ejector, and the seal member is separated from and connected to the flow rate adjusting member by the forward and backward movement of the flow rate adjusting member.

この構成によれば、遮断手段（シール部材）を簡単に構成し、且つシール性良く第１の流体の流れを遮断することができる。   According to this configuration, the blocking means (seal member) can be simply configured, and the flow of the first fluid can be blocked with good sealing performance.

この場合、シール部材は、ノズルの出口よりも上流側に設けられていることが、好ましい。   In this case, it is preferable that the seal member is provided on the upstream side of the nozzle outlet.

この構成によれば、ノズルから第１流体を噴射する前に、第１流体の流れを遮断することができる。   According to this configuration, the flow of the first fluid can be blocked before the first fluid is ejected from the nozzle.

また、本発明のエジェクタの別の一態様によれば、遮断手段は流量調整部材の外周に設けられたシール部材で構成され、シール部材は流量調整部材の進退移動によりエジェクタの内部に離接されることが、好ましい。   According to another aspect of the ejector of the present invention, the blocking means is constituted by a seal member provided on the outer periphery of the flow rate adjusting member, and the seal member is separated from and connected to the inside of the ejector by the forward and backward movement of the flow rate adjusting member. It is preferable.

この構成によれば、遮断手段たるシール部材を流量調整部材の外周に設けているため、流量調整部材の進退移動に簡易に連動して、第１の流体の流れをシール性良く遮断することができる。   According to this configuration, since the sealing member as the blocking means is provided on the outer periphery of the flow rate adjusting member, the flow of the first fluid can be blocked with a good sealing property in conjunction with the forward and backward movement of the flow rate adjusting member. it can.

この場合、シール部材は、エジェクタの内部のうちノズルの内周壁に離接されることが、好ましい。   In this case, it is preferable that the seal member is separated from or in contact with the inner peripheral wall of the nozzle in the ejector.

この構成によれば、ノズルの位置で第１流体の流れを遮断することができる。   According to this configuration, the flow of the first fluid can be blocked at the position of the nozzle.

本発明の燃料電池システムは、燃料電池に新たな反応ガスを供給する供給流路と、燃料電池から排出された反応オフガスを供給流路に循環させる循環流路と、供給流路と循環流路との接続部分に設けられた本発明のエジェクタと、を備えた燃料電池システムであって、エジェクタは、第１流体および第２流体の一方を新たな反応ガスとして噴射し、他方を反応オフガスとして吸引するものである。   The fuel cell system of the present invention includes a supply channel for supplying a new reaction gas to the fuel cell, a circulation channel for circulating the reaction off-gas discharged from the fuel cell to the supply channel, a supply channel and a circulation channel. And an ejector of the present invention provided at a connecting portion between the first fluid and the second fluid as a new reaction gas, and the other as a reaction off gas. It is to suck.

この構成によれば、本発明の吸引能力（循環能力）の高いエジェクタを備えているため、反応オフガスを効率よく燃料電池に循環供給させることができる。
ここで、反応ガスは、水素ガスを含む燃料系ガスであってもよいし、酸素ガスを含むガスであってもよい。 According to this configuration, since the ejector with high suction capability (circulation capability) of the present invention is provided, the reaction off gas can be efficiently circulated and supplied to the fuel cell.
Here, the reaction gas may be a fuel gas containing hydrogen gas or a gas containing oxygen gas.

本発明の燃料電池システムの一態様によれば、第１流体は新たな反応ガスであり、第２流体は反応オフガスであることが、好ましい。   According to one aspect of the fuel cell system of the present invention, it is preferable that the first fluid is a new reaction gas and the second fluid is a reaction off gas.

この構成によれば、燃料電池への新たな反応ガスの供給をエジェクタにより遮断することができるため、燃料電池内の圧力上昇を適切に抑制することができる。これを燃料電池側の観点からみれば、燃料電池の耐圧を大きく設定しないように設計することもでき、燃料電池の構造上、有用となる。   According to this configuration, the supply of new reaction gas to the fuel cell can be blocked by the ejector, so that the pressure increase in the fuel cell can be appropriately suppressed. From the viewpoint of the fuel cell side, the fuel cell can be designed so that the pressure resistance of the fuel cell is not set large, which is useful in terms of the structure of the fuel cell.

この場合、遮断手段は、燃料電池の発電停止時に、新たな反応ガスの流れを遮断することが、好ましい。   In this case, it is preferable that the shut-off means shuts off the flow of a new reaction gas when power generation of the fuel cell is stopped.

この構成によれば、燃料電池で反応ガスを消費しない発電停止時に、燃料電池への新たな反応ガスの供給を遮断でき、燃料電池内の圧力上昇を適切に抑制することができる。   According to this configuration, when power generation is stopped without consuming the reaction gas in the fuel cell, supply of a new reaction gas to the fuel cell can be cut off, and an increase in pressure in the fuel cell can be appropriately suppressed.

本発明の燃料電池システムの一態様によれば、遮断手段は、燃料電池の発電量が小さいときに、新たな反応ガスの流れの遮断と許容とを連続させることが、好ましい。   According to one aspect of the fuel cell system of the present invention, it is preferable that the shut-off means continuously cut off and allow the flow of a new reaction gas when the amount of power generated by the fuel cell is small.

この構成によれば、燃料電池での反応ガスの消費量が少ない時に、新たな反応ガスの流れ断続させることができる。これにより、微小流量制御が可能となり、循環のための必要最低限の流量を適切に確保することができると共に、燃料電池内の圧力上昇を適切に抑制することができる。   According to this configuration, when the consumption amount of the reaction gas in the fuel cell is small, the flow of a new reaction gas can be interrupted. Thereby, a minute flow rate control becomes possible, and the minimum necessary flow rate for circulation can be ensured appropriately, and a pressure increase in the fuel cell can be appropriately suppressed.

以上説明した本発明のエジェクタによれば、流体の供給先を考慮して吸引能力を高めることができる。   According to the ejector of the present invention described above, the suction capacity can be increased in consideration of the fluid supply destination.

また、以上説明した本発明の燃料電池システムによれば、循環能力の高いエジェクタを具備することができる。   Moreover, according to the fuel cell system of the present invention described above, an ejector having a high circulation capacity can be provided.

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係るエジェクタを、燃料電池システムに適用した例について説明する。   Hereinafter, an example in which an ejector according to a preferred embodiment of the present invention is applied to a fuel cell system will be described with reference to the accompanying drawings.

＜第１実施形態＞
図１は、燃料電池システムの主要部を示す図である。
燃料電池システム１は、酸素ガス（空気）および燃料ガス（水素）の供給を受けて電力を発生する燃料電池２を備えている。燃料電池２は、例えば固体分子電解質型からなり、多数のセルを積層したスタック構造として構成されている。燃料電池システム１は、燃料電池２に反応ガスとしての酸素ガスを供給する酸素ガス配管系３と、燃料電池２に反応ガスとしての水素ガスを供給する水素ガス配管系４と、を具備している。 <First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a main part of a fuel cell system.
The fuel cell system 1 includes a fuel cell 2 that generates electric power upon receiving supply of oxygen gas (air) and fuel gas (hydrogen). The fuel cell 2 is made of, for example, a solid molecular electrolyte type, and is configured as a stack structure in which a large number of cells are stacked. The fuel cell system 1 includes an oxygen gas piping system 3 that supplies oxygen gas as a reaction gas to the fuel cell 2, and a hydrogen gas piping system 4 that supplies hydrogen gas as a reaction gas to the fuel cell 2. Yes.

酸素ガス配管系３は、加湿器１１により加湿された酸素ガスを燃料電池２に供給する供給流路１２と、燃料電池２から排出された酸素オフガスを加湿器１１に導く排出流路１３と、加湿器１１から燃焼器に酸素オフガスを導くための排気流路１４と、が設けられている。供給流路１２には、大気中の酸素ガスを取り込んで加湿器１１に圧送するコンプレッサ１５が設けられている。   The oxygen gas piping system 3 includes a supply flow path 12 for supplying the oxygen gas humidified by the humidifier 11 to the fuel cell 2, a discharge flow path 13 for guiding the oxygen off-gas discharged from the fuel cell 2 to the humidifier 11, An exhaust passage 14 for guiding oxygen off gas from the humidifier 11 to the combustor is provided. The supply flow path 12 is provided with a compressor 15 that takes in oxygen gas in the atmosphere and pumps it to the humidifier 11.

水素ガス配管系４は、高圧の水素ガスを貯留した水素供給源となる水素タンク２１と、水素タンク２１の水素ガスを燃料電池２に供給する供給流路２２と、燃料電池２から排出された水素オフガスを供給流路２２に戻すための循環流路２３と、供給流路２２と循環流路２３との接続部分に設けられ、循環流路２３の水素オフガスを供給流路２２に還流させるエジェクタ２４と、エジェクタ２４にパイロット圧として水素オフガスの圧力を導入する導入通路２５と、を具備している。   The hydrogen gas piping system 4 is discharged from the fuel cell 2, a hydrogen tank 21 serving as a hydrogen supply source storing high-pressure hydrogen gas, a supply passage 22 for supplying the hydrogen gas in the hydrogen tank 21 to the fuel cell 2, and An ejector that is provided at a connection portion between the circulation channel 23 for returning the hydrogen off-gas to the supply channel 22 and the supply channel 22 and the circulation channel 23 and returns the hydrogen off-gas from the circulation channel 23 to the supply channel 22. 24 and an introduction passage 25 for introducing a hydrogen off-gas pressure into the ejector 24 as a pilot pressure.

エジェクタ２４によって、水素タンク２１からの新たな水素ガス（新たな燃料ガス）に燃料電池２の燃料ガス出口からの水素オフガス（燃料オフガス）が合流され、この合流後の混合水素ガス（混合燃料ガス）が燃料電池２に供給される。   The ejector 24 joins the new hydrogen gas (new fuel gas) from the hydrogen tank 21 with the hydrogen off gas (fuel off gas) from the fuel gas outlet of the fuel cell 2, and the mixed hydrogen gas (mixed fuel gas) after this merging. ) Is supplied to the fuel cell 2.

供給流路２２は、エジェクタ２４の上流側に位置し、新たな水素ガスをエジェクタ２４に導く流路である主流流路２２ａと、エジェクタ２４の下流側に位置し、混合水素ガスを燃料電池２に導く流路である混合流路２２ｂと、で構成されている。主流流路２２ａには、その上流側から順に、これを開閉するシャットバルブ３１と、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ３２と、が介設されている。   The supply flow path 22 is located on the upstream side of the ejector 24, is located on the downstream side of the ejector 24, and the main flow flow path 22 a is a flow path for introducing new hydrogen gas to the ejector 24. And a mixing channel 22b which is a channel leading to A shut valve 31 that opens and closes the main flow channel 22a and a regulator 32 that adjusts the pressure of the hydrogen gas are provided in this order from the upstream side.

循環流路２３には、逆止弁３４が介設されていると共に、逆止弁３４の上流側において導入通路２５が分岐配管されている。循環流路２３の水素オフガスは、逆止弁３４を通じてエジェクタ２４に吸引される。循環流路２３の水素オフガスの圧力は、導入通路２５を経てエジェクタ２４にパイロット圧として導入される。   A check valve 34 is interposed in the circulation flow path 23, and an introduction passage 25 is branched on the upstream side of the check valve 34. Hydrogen off-gas in the circulation channel 23 is sucked into the ejector 24 through the check valve 34. The pressure of the hydrogen off-gas in the circulation channel 23 is introduced as a pilot pressure into the ejector 24 through the introduction passage 25.

図２は、エジェクタ２４の構成を示す図である。
エジェクタ２４は、燃料電池２へ供給する水素ガス（混合水素ガス）の流量を可変可能に構成されている。エジェクタ２４は、その外郭を構成する筐体４１を有している。筐体４１には、主流流路２２ａの下流側に接続された１次側の供給口４２と、混合流路２２ｂの上流側に接続された２次側の排出口４３と、循環流路２３の下流側に接続された負圧作用側の吸込み口４４と、導入通路２５の下流側に接続された圧導入口４５と、が形成されている。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the ejector 24.
The ejector 24 is configured such that the flow rate of hydrogen gas (mixed hydrogen gas) supplied to the fuel cell 2 can be varied. The ejector 24 has a housing 41 that forms the outline thereof. The casing 41 has a primary supply port 42 connected to the downstream side of the main flow channel 22a, a secondary discharge port 43 connected to the upstream side of the mixing channel 22b, and the circulation channel 23. A suction port 44 on the negative pressure acting side connected to the downstream side of the suction passage and a pressure introduction port 45 connected to the downstream side of the introduction passage 25 are formed.

筐体４１の内部には、供給口４２からの新たな水素ガスを下流側に向かって噴射するノズル４６と、ノズル４６を通過する新たな水素ガス（主流）の流量を制御する流量制御機構４７と、ノズル４６の下流側に設けられ、ノズル４６を通過した新たな水素ガスと水素オフガス（副流）とを合流させるディフューザ４８と、が構成されている。   Inside the housing 41, a nozzle 46 that injects new hydrogen gas from the supply port 42 toward the downstream side, and a flow rate control mechanism 47 that controls the flow rate of new hydrogen gas (main flow) that passes through the nozzle 46. And a diffuser 48 that is provided on the downstream side of the nozzle 46 and merges the new hydrogen gas that has passed through the nozzle 46 and the hydrogen off-gas (substream).

ノズル４６は、いわゆる先細ノズルからなり、水素ガスの流れ方向に向かって全体として先細りとなるように形成されている。ノズル４６は、ディフューザ４８側に開口している先端噴出部５１と、先端噴出部５１に連なり、先端噴出部５１に向かって漸次縮径された内周壁を有する絞り部５２と、で構成されている。   The nozzle 46 is a so-called tapered nozzle, and is formed so as to taper as a whole in the flow direction of hydrogen gas. The nozzle 46 includes a tip ejection portion 51 that opens to the diffuser 48 side, and a throttle portion 52 that is connected to the tip ejection portion 51 and has an inner peripheral wall that is gradually reduced in diameter toward the tip ejection portion 51. Yes.

先端噴出部５１は、一定の径または略一定の径の内周壁を有している。先端噴出部５１のディフューザ４８側に開口した部分が、ノズル４６の出口となっており、先端噴出部５１からディフューザ４８に向かって新たな水素ガスが噴出される。絞り部５２は、その拡開した側が供給口４２に連なっている。なお、ノズル４６を筐体４１の構成材と一体に形成したが、もちろんこれらを別体としてもよい。   The tip ejection part 51 has an inner peripheral wall having a constant diameter or a substantially constant diameter. A portion opened to the diffuser 48 side of the tip ejection portion 51 is an outlet of the nozzle 46, and new hydrogen gas is ejected from the tip ejection portion 51 toward the diffuser 48. The expanded portion 52 is connected to the supply port 42 on the expanded side. In addition, although the nozzle 46 was integrally formed with the component of the housing | casing 41, these are good also as another body.

ディフューザ４８は、ノズル４６と同軸に形成されており、ノズル４６との間の上流側が吸込み口４４に連なっている。また、ディフューザ４８の下流側は、排出口４３に連なっている。ノズル４６からディフューザ４８に向けて新たな水素ガスが噴射されると、水素オフガスを吸引するための負圧が発生し、循環流路２３の水素オフガスがディフューザ４８に吸い込まれる。これにより、ディフューザ４８において新たな水素ガスと水素オフガスとが合流・混合され、この混合水素ガスが、排出口４３から混合流路２２ｂへと排出される。   The diffuser 48 is formed coaxially with the nozzle 46, and the upstream side with respect to the nozzle 46 is connected to the suction port 44. Further, the downstream side of the diffuser 48 is connected to the discharge port 43. When new hydrogen gas is injected from the nozzle 46 toward the diffuser 48, a negative pressure for sucking the hydrogen off gas is generated, and the hydrogen off gas in the circulation passage 23 is sucked into the diffuser 48. As a result, new hydrogen gas and hydrogen off-gas are merged and mixed in the diffuser 48, and this mixed hydrogen gas is discharged from the discharge port 43 to the mixing flow path 22b.

流量制御機構４７は、圧導入口４５に連通する導圧室６０と、先端側がノズル４６の内部に臨むニードル６１と、ニードル６１の基端側を表面６２ａの中央部に接続したピストン６２と、導圧室６０の内部に収容されたバネ６３（付勢部材）と、ばね６３の一端が接続されたバネ抑え６４と、バネ抑え６４に接続されたアクチュエータ６５と、を有している。   The flow rate control mechanism 47 includes a pressure guiding chamber 60 that communicates with the pressure introduction port 45, a needle 61 that has a distal end facing the inside of the nozzle 46, a piston 62 that connects the proximal end side of the needle 61 to the center of the surface 62a, It has a spring 63 (biasing member) housed inside the pressure guiding chamber 60, a spring restraint 64 to which one end of the spring 63 is connected, and an actuator 65 connected to the spring restraint 64.

ニードル６１、ピストン６２およびバネ６３は、ノズル４６と同軸に配設されている。ニードル６１およびピストン６２は、新たな水素ガスの流量を調整する流量調整部材として機能する。なお、ニードル６１およびピストン６２は、一体に形成されているが、もちろん別体で形成されてもよい。また、ピストン６２に代えて、ダイアフラムを用いてもよい。   The needle 61, the piston 62, and the spring 63 are disposed coaxially with the nozzle 46. The needle 61 and the piston 62 function as a flow rate adjusting member that adjusts the flow rate of new hydrogen gas. In addition, although the needle 61 and the piston 62 are integrally formed, of course, you may form separately. Further, instead of the piston 62, a diaphragm may be used.

導圧室６０は、筐体４１の内壁面、ピストン６２の裏面６２ｂ、およびバネ抑え６４の表面６４ａによって画成されている。導圧室６０には、循環流路２３の水素オフガスが導入通路２５および圧導入口４５を介して信号圧として導かれる。バネ６３は、所定のばね定数を有し、ピストン６２の裏面６２ｂをニードル６１の先端側に向かって付勢する。バネ抑え６４は、例えば円板上からなり、その外周面を筐体４１の内壁面に沿って摺動可能に構成されている。   The pressure guiding chamber 60 is defined by the inner wall surface of the housing 41, the back surface 62 b of the piston 62, and the surface 64 a of the spring retainer 64. The hydrogen off-gas in the circulation channel 23 is guided to the pressure guiding chamber 60 as a signal pressure through the introduction passage 25 and the pressure introduction port 45. The spring 63 has a predetermined spring constant and urges the back surface 62 b of the piston 62 toward the distal end side of the needle 61. The spring retainer 64 is made of, for example, a disk and is configured to be slidable on the outer peripheral surface along the inner wall surface of the housing 41.

アクチュエータ６５は、例えばモータやシリンダ装置からなり、その出力部６５ａがバネ抑え６４の裏面６４ｂに接続されている。アクチュエータ６５の駆動により、バネ抑え６４を筐体４１の内部で進退させることができる。バネ抑え６４が進退することにより、バネ６３およびピストン６２を介してニードル６１が軸方向に進退する。   The actuator 65 is made of, for example, a motor or a cylinder device, and an output portion 65a thereof is connected to the back surface 64b of the spring restraint 64. By driving the actuator 65, the spring restraint 64 can be advanced and retracted inside the housing 41. As the spring restraint 64 advances and retreats, the needle 61 advances and retreats in the axial direction via the spring 63 and the piston 62.

ピストン６２は、その外周面を筐体４１の内壁面に沿って摺動可能に構成されており、その軸線方向に摺動する。ピストン６２の表面６２ａには、主流流路２２ａからの新たな水素ガスの圧力Ｐ１が作用する。一方、ピストン６２の裏面６２ｂには、バネ６３からの付勢力が作用すると共に、循環流路２３からの水素オフガスの圧力Ｐ２が作用する。   The piston 62 is configured so that its outer peripheral surface can slide along the inner wall surface of the housing 41 and slides in the axial direction thereof. A new hydrogen gas pressure P <b> 1 from the main flow path 22 a acts on the surface 62 a of the piston 62. On the other hand, the biasing force from the spring 63 acts on the back surface 62 b of the piston 62, and the hydrogen offgas pressure P <b> 2 from the circulation flow path 23 acts on the back surface 62 b of the piston 62.

この圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との差圧を作動源として、ピストン６２およびニードル６１が軸線方向に進退する。すなわち、ピストン６２の表裏両面６２ａ，６２ｂにおける水素ガスの差圧とバネ６３の付勢力とのバランスに基づいて、ニードル６１がピストン６２と共に軸線方向に進退する。   The piston 62 and the needle 61 advance and retreat in the axial direction using the differential pressure between the pressure P1 and the pressure P2 as an operating source. That is, the needle 61 moves forward and backward in the axial direction together with the piston 62 based on the balance between the differential pressure of hydrogen gas on the front and back surfaces 62 a and 62 b of the piston 62 and the biasing force of the spring 63.

なお、燃料電池システム１の稼動中においては、ニードル６１は主としてピストン６２における差圧を作動源として進退するため、ニードル６１を進退させるための構成としては、アクチュエータ６５は必ずしも必要ではない。しかし、燃料電池２の出力要求に応答性良く対応するためには、アクチュエータ６５の電気的作動源と、差圧の自立的または機械的作動源とを併用することが好ましい。   During the operation of the fuel cell system 1, the needle 61 moves forward and backward mainly using the differential pressure in the piston 62 as an operating source. Therefore, the actuator 65 is not necessarily required as a configuration for moving the needle 61 forward and backward. However, in order to respond to the output request of the fuel cell 2 with good responsiveness, it is preferable to use an electric operation source of the actuator 65 and a self-sustaining or mechanical operation source of the differential pressure in combination.

例えば、燃料電池システム１を搭載した燃料電池車両において、アクセルの開度が急激に変化する場合には、差圧のみを作動源とするのでは、ニードル６１の進退位置を急激に変更し難い。図示省略したＥＣＵ（制御装置）により、アクセルの開度状態に基づいてあるいは燃料電池２の発電指令に基づいて、アクチュエータ６５を駆動することで、ニードル６１の進退位置を応答性良く変更することができる。この電気的作動源との併用により、燃料電池２に適量の水素ガスを応答性良く供給することができる。   For example, in a fuel cell vehicle equipped with the fuel cell system 1, when the accelerator opening changes rapidly, it is difficult to rapidly change the advance / retreat position of the needle 61 by using only the differential pressure as the operating source. An advancing / retreating position of the needle 61 can be changed with good responsiveness by driving the actuator 65 based on the accelerator opening state or based on the power generation command of the fuel cell 2 by an ECU (control device) not shown. it can. By using together with this electrical operating source, an appropriate amount of hydrogen gas can be supplied to the fuel cell 2 with good responsiveness.

ニードル６１は、先端側に向かって先細りの先端調整部７１と、先端調整部７１に一体に連なってピストン６２に接続された接続部７２と、で構成されている。先端調整部７１は、円錐または角錐の錐体からなり、例えば先端部が放物面で形成されている。先端調整部７１は、ノズル４６の内部に臨み、その位置に応じてノズル４６を通過する新たな水素ガスの流量を調整する。   The needle 61 includes a tip adjustment portion 71 that is tapered toward the tip end side, and a connection portion 72 that is integrally connected to the tip adjustment portion 71 and connected to the piston 62. The tip adjusting portion 71 is formed of a cone or a pyramid having a pyramid shape. For example, the tip is formed with a paraboloid. The tip adjustment unit 71 faces the inside of the nozzle 46 and adjusts the flow rate of new hydrogen gas passing through the nozzle 46 according to the position.

接続部７２は、一定の径または略一定の径からなり、棒状に形成されている。接続部７２の外周面には、シール部材８１が設けられており、シール部材８１は、ニードル６１が先端側に進出した際に、ニードル６１とノズル４６との間をシールする。   The connecting portion 72 has a constant diameter or a substantially constant diameter, and is formed in a rod shape. A seal member 81 is provided on the outer peripheral surface of the connecting portion 72, and the seal member 81 seals between the needle 61 and the nozzle 46 when the needle 61 has advanced to the distal end side.

図３は、シール部材８１でシールした状態の拡大断面図である。
シール部材８１は、ガスケット、または例えばＯリングなどのパッキンで構成されている。シール材８１は、例えばＥＰＤＭやＰＴＦＥなどの材料で形成されている。ニードル６１の接続部７２の外周面には、シール部材８１を装着するための環状の取付け溝９１が形成されている。シール部材８１は、ニードル６１の進退移動により、ノズル４６の先端噴出部５１の内周壁に離接される。すなわち、シール部材８１は、ノズル４６の下流側への新たな水素ガスの流れを遮断および許容する遮断手段として機能する。 FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a state of being sealed with the seal member 81.
The seal member 81 is composed of a gasket or a packing such as an O-ring. The sealing material 81 is formed of a material such as EPDM or PTFE, for example. An annular mounting groove 91 for mounting the seal member 81 is formed on the outer peripheral surface of the connecting portion 72 of the needle 61. The seal member 81 is brought into and out of contact with the inner peripheral wall of the tip ejection portion 51 of the nozzle 46 as the needle 61 moves forward and backward. That is, the seal member 81 functions as a blocking unit that blocks and allows a new hydrogen gas flow to the downstream side of the nozzle 46.

具体的には、ニードル６１がノズル４６の先端噴出部５１へと最も進出した場合には、シール部材８１が先端噴出部５１の内周壁に気密に接触する。これにより、ニードル６１とノズル４６との間がシールされ、新たな水素ガスのノズル４６の下流側への流れが遮断される。このシール位置は、水素ガスと水素オフガスとの合流位置（ノズル４６の下流側であって主としてディフューザ４８）よりも上流側に設定されている。   Specifically, when the needle 61 has advanced most into the tip ejection portion 51 of the nozzle 46, the seal member 81 comes into airtight contact with the inner peripheral wall of the tip ejection portion 51. Thereby, the space between the needle 61 and the nozzle 46 is sealed, and the flow of new hydrogen gas to the downstream side of the nozzle 46 is blocked. This sealing position is set upstream of the merging position of hydrogen gas and hydrogen off-gas (on the downstream side of the nozzle 46 and mainly the diffuser 48).

一方、このシール位置のニードル６１が絞り部５２側へと退避すると、シール部材８１が先端噴出部５１から離間し、新たな水素ガスのノズル４６の下流側への流れが許容される。この離間状態の先端調整部７１の軸方向の進退位置に応じて、先端調整部７１と先端噴出部５１との間の間隙の開口面積（以下、ノズル４６の開口面積という。）が可変され、これによりノズル４６を通過する新たな水素ガスの流量が制御される。すなわち、燃料電池２への水素ガスの供給流量が制御される。   On the other hand, when the needle 61 at this seal position is retracted toward the throttle portion 52, the seal member 81 is separated from the tip ejection portion 51, and new hydrogen gas is allowed to flow downstream from the nozzle 46. The opening area of the gap between the tip adjusting portion 71 and the tip ejecting portion 51 (hereinafter referred to as the opening area of the nozzle 46) is varied according to the axial position of the tip adjusting portion 71 in the separated state. As a result, the flow rate of new hydrogen gas passing through the nozzle 46 is controlled. That is, the supply flow rate of hydrogen gas to the fuel cell 2 is controlled.

ここで、エジェクタ２４による供給流量の制御について、燃料電池２の負荷との関係で説明する。
一般に、燃料電池車両の加速時等で燃料電池２の発電量が増加すると、燃料電池２で消費される水素ガスの消費量が増加する。この消費量が増えて混合流路２２ｂの流量が増加すると、燃料電池２での圧力損失が大きくなり、水素オフガスの圧力Ｐ２が低下する（混合流路２２ｂの混合水素ガスの圧力Ｐ３も低下する。）。すると、ピストン６２およびニードル６１が、Ｐ１、Ｐ２およびバネ６３の付勢力のバランスによって、平衡状態からバネ６３に抗して退避する。 Here, control of the supply flow rate by the ejector 24 will be described in relation to the load of the fuel cell 2.
Generally, when the amount of power generated by the fuel cell 2 increases, for example, when the fuel cell vehicle is accelerated, the amount of hydrogen gas consumed by the fuel cell 2 increases. When this consumption increases and the flow rate of the mixing channel 22b increases, the pressure loss in the fuel cell 2 increases and the hydrogen off-gas pressure P2 decreases (the mixed hydrogen gas pressure P3 in the mixing channel 22b also decreases). .) Then, the piston 62 and the needle 61 are retracted from the equilibrium state against the spring 63 by the balance of the urging forces of P1, P2 and the spring 63.

これにより、ノズル４６の開口面積が大きくなるため、ノズル４６を通過する新たな水素ガスの流量が増加する。したがって、燃料電池２の負荷が大きくなった場合に、エジェクタ２４は自律的に適切に対応することになる。そして、新たな水素ガスの流量の増加によって混合水素ガスの圧力Ｐ３が上昇するため、燃料電池２に供給される混合水素ガスの圧力（すなわち、燃料電池入口圧）が適正な値に確保されると共に、水素オフガスの流量が増加し、新たな水素ガスの流量との関係において水素オフガスの流量が適正な値に確保されることになる。   Thereby, since the opening area of the nozzle 46 is increased, the flow rate of new hydrogen gas passing through the nozzle 46 is increased. Therefore, when the load of the fuel cell 2 becomes large, the ejector 24 responds autonomously and appropriately. And since the pressure P3 of mixed hydrogen gas rises by the increase in the flow volume of new hydrogen gas, the pressure (namely, fuel cell inlet pressure) of mixed hydrogen gas supplied to the fuel cell 2 is ensured to an appropriate value. At the same time, the flow rate of the hydrogen off gas increases, and the flow rate of the hydrogen off gas is ensured to an appropriate value in relation to the new flow rate of the hydrogen gas.

一方、燃料電池車両の減速時等で燃料電池２の発電量が減少すると、燃料電池２で消費される水素ガスの消費量が減少する。この消費量が減って混合流路２２ｂの流量が減少すると、燃料電池２での圧力損失が小さくなり、水素オフガスの圧力Ｐ２が上昇する（混合水素ガスの圧力Ｐ３も上昇する。）。すると、ピストン６２およびニードル６１が、Ｐ１、Ｐ２およびバネ６３の付勢力のバランスによって、平衡状態から進出する。   On the other hand, when the amount of power generated by the fuel cell 2 decreases, such as when the fuel cell vehicle decelerates, the amount of hydrogen gas consumed by the fuel cell 2 decreases. When this consumption amount decreases and the flow rate of the mixing flow path 22b decreases, the pressure loss in the fuel cell 2 decreases, and the hydrogen off-gas pressure P2 increases (the mixed hydrogen gas pressure P3 also increases). Then, the piston 62 and the needle 61 advance from the equilibrium state by the balance of the urging forces of P1, P2 and the spring 63.

これにより、ノズル４６の開口面積が小さくなるため、ノズル４６を通過する新たな水素ガスの流量が減少する。したがって、燃料電池２の負荷が小さくなった場合に、エジェクタ２４は自律的に適切に対応することになる。そして、新たな水素ガスの流量の減少によって混合水素ガスの圧力Ｐ３が低下するため、燃料電池２に供給される混合水素ガスの圧力が適正な値に確保されると共に、水素オフガスの流量が減少し、新たな水素ガスの流量との関係において水素オフガスの流量が適正な値に確保されることになる。   Thereby, since the opening area of the nozzle 46 is reduced, the flow rate of new hydrogen gas passing through the nozzle 46 is reduced. Therefore, when the load of the fuel cell 2 becomes small, the ejector 24 autonomously responds appropriately. And since the pressure P3 of mixed hydrogen gas falls by the reduction | decrease of the flow volume of new hydrogen gas, while the pressure of mixed hydrogen gas supplied to the fuel cell 2 is ensured to an appropriate value, the flow volume of hydrogen off gas decreases. However, the flow rate of the hydrogen off gas is ensured to an appropriate value in relation to the flow rate of the new hydrogen gas.

本実施形態では、エジェクタ２４にシール部材８１を設けていることによって、燃料電池２の発電量が小さい低負荷のときに、新たな水素ガスの流れの遮断と許容とを連続させるようになっている。   In the present embodiment, the seal member 81 is provided in the ejector 24, so that when the amount of power generated by the fuel cell 2 is low and the load is low, the new flow of hydrogen gas is continuously blocked and allowed. Yes.

具体的には、低負荷で燃料電池２での水素ガスの消費量が少ないとき、上述の原理によってニードル６１がシール部材８１と共に進出するが、このときシール部材８１は最終的に図３に示すシール位置に移動するようになる。これにより、新たな水素ガスのノズル４６の下流側への流れが遮断される。そして、この遮断によって燃料電池２内の水素ガス圧が低下すると、圧力Ｐ２およびＰ３も低下する。   Specifically, when the consumption of hydrogen gas in the fuel cell 2 is low at a low load, the needle 61 advances together with the seal member 81 according to the principle described above. At this time, the seal member 81 is finally shown in FIG. It moves to the seal position. As a result, the flow of new hydrogen gas downstream of the nozzle 46 is blocked. When the hydrogen gas pressure in the fuel cell 2 is reduced due to this interruption, the pressures P2 and P3 are also reduced.

すると、上述の原理で、ニードル６１がシール部材８１と共に退避し、新たな水素ガスのノズル４６の下流側への流れが許容されるようになる。この新たな水素ガスの流れの許容（噴射）によって、エジェクタ２４は、循環流路２３の水素オフガスを吸引して、混合水素ガスとして燃料電池２に供給する。そして、水素ガスの供給量に比べて燃料電池２での水素ガスの消費量が少なくなると、再びニードル６１が進出して、新たな水素ガスのノズル４６の下流側への流れが遮断されるようになる。   Then, according to the above-described principle, the needle 61 is retracted together with the seal member 81, and the flow of new hydrogen gas to the downstream side of the nozzle 46 is allowed. By allowing (injecting) this new hydrogen gas flow, the ejector 24 sucks the hydrogen off-gas from the circulation passage 23 and supplies it to the fuel cell 2 as a mixed hydrogen gas. When the amount of hydrogen gas consumed in the fuel cell 2 becomes smaller than the amount of hydrogen gas supplied, the needle 61 advances again so that the flow of new hydrogen gas downstream of the nozzle 46 is blocked. become.

このように、燃料電池２での水素ガスの消費量が少ないときであっても、一連のニードル６１の進退移動を自立的に行うことができ、燃料電池２に対する水素ガスの微小流量の制御ができる。これにより、燃料電池２での水素ガスの消費量が少ないときであっても、エジェクタ２４は、燃料電池２への水素ガスの必要循環量の確保と圧力の調整と適切に行うことができ、燃料電池２内の圧力上昇を抑制することができる。   Thus, even when the consumption of hydrogen gas in the fuel cell 2 is small, the series of needles 61 can be moved forward and backward independently, and the minute flow rate of hydrogen gas to the fuel cell 2 can be controlled. it can. Thereby, even when the amount of consumption of hydrogen gas in the fuel cell 2 is small, the ejector 24 can appropriately perform the necessary amount of hydrogen gas circulation to the fuel cell 2 and the adjustment of the pressure, An increase in pressure in the fuel cell 2 can be suppressed.

また一方、燃料電池２での水素ガスの消費量がゼロのとき、燃料電池２内の水素ガス圧が上昇し、圧力Ｐ２およびＰ３が上昇する。すると、上述の原理で、ニードル６１がシール部材８１と共に進出し、シール部材８１が新たな水素ガスのノズル４６の下流側への流れを遮断するようになる。これにより、燃料電池２への新たな水素ガスの流入を阻止することができる。したがって、燃料電池２での水素ガスの消費量がゼロのとき、エジェクタ２４は、自立的に新たな水素ガスの流れを遮断して、燃料電池２内の圧力上昇を抑制することができる。   On the other hand, when the consumption amount of hydrogen gas in the fuel cell 2 is zero, the hydrogen gas pressure in the fuel cell 2 increases, and the pressures P2 and P3 increase. Then, on the principle described above, the needle 61 advances together with the seal member 81, and the seal member 81 blocks the flow of new hydrogen gas downstream of the nozzle 46. Thereby, inflow of new hydrogen gas to the fuel cell 2 can be prevented. Therefore, when the consumption of hydrogen gas in the fuel cell 2 is zero, the ejector 24 can independently block the flow of new hydrogen gas and suppress an increase in pressure in the fuel cell 2.

ここで、燃料電池システム１の稼動中において燃料電池２が水素ガスを消費しない場合とは、例えば燃料電池２の発電停止時やアイドル時をいい、燃料電池車両の観点からみれば、燃料電池車両のアイドリング時や回生ブレーキ時をいう。   Here, the case where the fuel cell 2 does not consume hydrogen gas during operation of the fuel cell system 1 means, for example, when the fuel cell 2 stops generating power or when it is idle. From the viewpoint of the fuel cell vehicle, the fuel cell vehicle When idling or during regenerative braking.

以上のように、本実施形態の燃料電池システム１は、シール部材８１によって締切り性を高めたエジェクタ２４を搭載しているため、エジェクタ２４の構造のみによって、燃料電池２での水素ガスの消費量が少ない場合には微小流量制御を可能とし、また消費量がゼロの場合には燃料電池２への新たな水素ガスの流入を阻止することができる。   As described above, since the fuel cell system 1 of the present embodiment is equipped with the ejector 24 whose cut-off property is enhanced by the seal member 81, the consumption amount of hydrogen gas in the fuel cell 2 only by the structure of the ejector 24. When the amount is small, minute flow rate control is possible, and when the consumption is zero, the flow of new hydrogen gas into the fuel cell 2 can be prevented.

この効果によって、吸引能力の高いエジェクタ２４を燃料電池システム１に搭載することができるようになる。すなわち、ノズル４６から噴射される新たな水素ガスの流速（噴射圧力）が大きいエジェクタ２４を燃料電池システム１に搭載しても、燃料電池２内の圧力上昇を適切に抑制することができる。このことは、燃料電池システム１に搭載可能なエジェクタ２４の循環能力が制限されない意義を有する。また、吸引能力の高いエジェクタ２４を用いることで、発電反応によって生じる水の排水性の向上など、システム効率も向上し得る。   This effect makes it possible to mount the ejector 24 having a high suction capacity in the fuel cell system 1. That is, even if the ejector 24 having a large flow velocity (injection pressure) of new hydrogen gas injected from the nozzle 46 is mounted on the fuel cell system 1, an increase in pressure in the fuel cell 2 can be appropriately suppressed. This has the significance that the circulation capacity of the ejector 24 that can be mounted on the fuel cell system 1 is not limited. Further, by using the ejector 24 having a high suction capability, the system efficiency such as improvement of drainage of water generated by the power generation reaction can be improved.

また、主流となる新たな水素ガスの遮断機能（シール部材８１）をエジェクタ２４に設けたことで、エジェクタ２４自体が減圧弁の機能を兼ね得るので、システム全体として部品点数を削減することが可能となる。   Further, by providing the ejector 24 with a new mainstream hydrogen gas blocking function (seal member 81), the ejector 24 itself can also function as a pressure reducing valve, so that the number of parts can be reduced as a whole system. It becomes.

なお、シール部材８１をニードル６１の先端調整部７１に設けることもできる。また、シール部材８１が離接する部位をノズル４６の絞り部５２に設定することもできる。つまり、シール部材８１をニードル６１の一部に設け、シール部材８１が離接する部位をノズル４６の一部に設定してもよい。   The seal member 81 can also be provided on the tip adjustment portion 71 of the needle 61. Further, the portion where the seal member 81 is separated can be set in the throttle portion 52 of the nozzle 46. In other words, the seal member 81 may be provided in a part of the needle 61 and a part where the seal member 81 is separated from and connected to may be set in a part of the nozzle 46.

＜第２実施形態＞
次に、図４を参照して、第２実施形態に係るエジェクタ２４の構成について相違点を中心に説明する。第１実施形態との相違点は、シール部材８１をノズル４６側に設けた点と、それに伴ってニードル６１の形状を一部変更した点である。 Second Embodiment
Next, with reference to FIG. 4, the configuration of the ejector 24 according to the second embodiment will be described focusing on the differences. The difference from the first embodiment is that the seal member 81 is provided on the nozzle 46 side, and the shape of the needle 61 is partially changed accordingly.

シール部材８１は、ノズル４６の絞り部５２の内周壁に固定されている。一方、ニードル６１は、先端調整部７１と接続部７２との間に、これらよりも径方向に突出した当接部１１１を有している。当接部１１１は、シール部材８１に対応して環状に形成されている。当接部１１１の先端調整部７１側の端面は、ニードル６１の進退移動によって、シール部材８１に離接するように構成されている。   The seal member 81 is fixed to the inner peripheral wall of the throttle portion 52 of the nozzle 46. On the other hand, the needle 61 has a contact portion 111 that protrudes in the radial direction from the tip adjustment portion 71 and the connection portion 72. The contact portion 111 is formed in an annular shape corresponding to the seal member 81. The end surface of the contact portion 111 on the tip adjustment portion 71 side is configured to come into contact with the seal member 81 as the needle 61 moves forward and backward.

このように、本実施形態の構成によっても、エジェクタ２４の締切り性を高めることができ、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。なお、変形例として、シール部材８１を先端噴出部５１の内周壁に設けてもよい。この場合、シール部材８１に当接部１１１を離接させてもよいし、先端調整部７１を離接させてもよい。すなわち、シール部材８１をノズル４６の一部またはノズル４６とは異なるエジェクタ２４の内部に設け、そのシール部材８１に流量調整部材の一部（ニードル６１の一部またはピストン６２の一部）を離接させる構成であってもよい。   Thus, also by the configuration of the present embodiment, the cut-off performance of the ejector 24 can be improved, and the same effects as those of the first embodiment can be achieved. As a modification, the seal member 81 may be provided on the inner peripheral wall of the tip ejection portion 51. In this case, the contact part 111 may be separated from or brought into contact with the seal member 81, or the tip adjustment part 71 may be separated from or brought into contact with the seal member 81. That is, the seal member 81 is provided in a part of the nozzle 46 or in the ejector 24 different from the nozzle 46, and a part of the flow rate adjusting member (a part of the needle 61 or a part of the piston 62) is separated from the seal member 81. The structure which touches may be sufficient.

＜第３実施形態＞
次に、図５を参照して、第２実施形態に係るエジェクタ２４の構成について相違点を中心に説明する。第１実施形態との相違点は、シール部材８１をノズル４６から外れた位置に設けた点である。 <Third Embodiment>
Next, the configuration of the ejector 24 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The difference from the first embodiment is that the seal member 81 is provided at a position away from the nozzle 46.

シール部材８１は、ノズル４６よりも上流側の筒状部１２１の端部１２２に固定されている。筒状部１２１は、絞り部５２の拡径した部位から先端噴出部５１とは反対側に延在しており、その延在端部１２２にシール部材８１が固定されている。筒状部１２１は、筐体４１の内壁とは間隙を存して、ノズル４６やニードル６１と同心に設けられている。   The seal member 81 is fixed to the end portion 122 of the cylindrical portion 121 on the upstream side of the nozzle 46. The tubular part 121 extends from the enlarged diameter part of the throttle part 52 to the side opposite to the tip ejection part 51, and the seal member 81 is fixed to the extended end part 122. The cylindrical portion 121 is provided concentrically with the nozzle 46 and the needle 61 with a gap from the inner wall of the housing 41.

流量調整部材は、上述のように、ニードル６１およびピストン６２からなるものであるが、このニードル６１の主要部は、筒状部１２１の内部に位置している。また、ピストン６２は、筒状部１２１の端部１２２の上流側に位置しており、表面６２ａがシール部材８１に離接するように構成されている。したがって、本実施形態の構成によっても、エジェクタ２４の締切り性を高めることができ、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。   The flow rate adjusting member is composed of the needle 61 and the piston 62 as described above, and the main part of the needle 61 is located inside the cylindrical part 121. The piston 62 is positioned on the upstream side of the end portion 122 of the cylindrical portion 121, and is configured such that the surface 62 a is in contact with and away from the seal member 81. Therefore, also with the configuration of the present embodiment, the cut-off performance of the ejector 24 can be improved, and the same operational effects as in the first embodiment can be achieved.

次に、燃料電池システム１やエジェクタ２４の各種の変形例について述べる。   Next, various modifications of the fuel cell system 1 and the ejector 24 will be described.

＜変形例：信号圧のガス＞
上記では、エジェクタ２４の導圧室６０に信号圧として導くガスを水素オフガスとしたが、もちろんこれに限るものではない。例えば、混合水素ガスの圧力Ｐ３を導圧室６０に導入してもよい。また、酸素ガス配管系３の酸素ガスの圧力を導圧室６０に導入してもよく、その場合には供給流路１２内の新たな酸素ガスであってよいし、排出流路１３内や排気流路１４内の酸素オフガスであってもよい。さらに、導圧室６０に導くガスは、燃料電池システム１のガス配管系（３，４）に関与しないガスであってもよく、導圧室６０に導く専用のガスであってもよい。 <Modification: Gas of signal pressure>
In the above description, the gas guided as the signal pressure to the pressure guiding chamber 60 of the ejector 24 is the hydrogen off gas. However, the present invention is not limited to this. For example, the pressure P3 of the mixed hydrogen gas may be introduced into the pressure guiding chamber 60. Further, the pressure of the oxygen gas in the oxygen gas piping system 3 may be introduced into the pressure guiding chamber 60, in which case it may be a new oxygen gas in the supply channel 12, Oxygen off gas in the exhaust passage 14 may be used. Further, the gas guided to the pressure guiding chamber 60 may be a gas not involved in the gas piping system (3, 4) of the fuel cell system 1 or may be a dedicated gas led to the pressure guiding chamber 60.

また、上記では、エジェクタ２４の主流ガス（噴射ガス）を新たな水素ガスとし、副流ガス（吸引ガス）を水素オフガスとしたが、この逆の構成であってもよい。すなわち、エジェクタ２４は、ノズル４６から水素オフガスを噴射する際に、水素タンク２１からの新たな水素ガスを吸引するようにしてもよい。この場合には、エジェクタ２４の導圧室６０には、新たな水素ガスの圧力、混合水素ガスの圧力、または酸素ガス配管系３の酸素ガスの圧力などを導入するようにすればよい。   In the above description, the main flow gas (injection gas) of the ejector 24 is a new hydrogen gas and the side flow gas (suction gas) is a hydrogen off gas. That is, the ejector 24 may suck new hydrogen gas from the hydrogen tank 21 when injecting hydrogen off-gas from the nozzle 46. In this case, a new hydrogen gas pressure, mixed hydrogen gas pressure, oxygen gas pressure in the oxygen gas piping system 3 or the like may be introduced into the pressure guiding chamber 60 of the ejector 24.

また、エジェクタ２４を酸素ガス配管系３に配設してもよい。例えば、エジェクタ２４によって、コンプレッサ１５からの新たな酸素ガスに、排出流路１３の酸素オフガスを合流させ、この合流後の混合酸素ガスを燃料電池２に供給してもよい。この場合、エジェクタ２４の導圧室６０には、酸素ガス配管系３または水素ガス配管系４を流れるガスや、これらのガス配管系（３，４）に関与しない専用のガスを導入すればよい。   Further, the ejector 24 may be disposed in the oxygen gas piping system 3. For example, the oxygen off-gas in the discharge flow path 13 may be merged with new oxygen gas from the compressor 15 by the ejector 24, and the mixed oxygen gas after the merge may be supplied to the fuel cell 2. In this case, a gas flowing through the oxygen gas piping system 3 or the hydrogen gas piping system 4 or a dedicated gas not involved in these gas piping systems (3, 4) may be introduced into the pressure guiding chamber 60 of the ejector 24. .

＜変形例：ニードルの駆動＞
ニードル６１の駆動について、所定のガスを信号圧としてニードル２４に導く差圧式で行うのではなく、上記したアクチュエータ６５の電気式のみで行ってもよい。この場合、圧力信号をフィードバックして、アクチュエータ６５を駆動するようにしてもよい。例えば、酸素ガス配管系３または水素ガス配管系４の任意の位置の圧力、すなわち例えば水素ガスに関するＰ２あるいはＰ３，燃料電池２への酸素ガスの供給圧、又は、燃料電池２からの酸素オフガスの排出圧を圧力センサで検出し、その検出結果に基づいてアクチュエータ６５を駆動してもよい。あるいは、燃料電池２の発電指令や必電力に基づいて、アクチュエータ６５を駆動してもよい。 <Variation: Needle drive>
The driving of the needle 61 may be performed only by the electric type of the actuator 65 described above, instead of the differential pressure type in which a predetermined gas is guided to the needle 24 as a signal pressure. In this case, the actuator 65 may be driven by feeding back the pressure signal. For example, the pressure at an arbitrary position of the oxygen gas piping system 3 or the hydrogen gas piping system 4, that is, for example, P2 or P3 relating to hydrogen gas, the supply pressure of the oxygen gas to the fuel cell 2, or the oxygen off-gas from the fuel cell 2 The discharge pressure may be detected by a pressure sensor, and the actuator 65 may be driven based on the detection result. Alternatively, the actuator 65 may be driven based on a power generation command or required power of the fuel cell 2.

また、ニードル６１の駆動について、上記とは異なる差圧式を用いてもよい。この場合、水素ガスに関するＰ１，Ｐ２およびＰ３、並びに酸素ガスに関する燃料電池２への供給圧および排出圧の任意の二つの圧力の組み合わせであればよい。   Further, a differential pressure type different from the above may be used for driving the needle 61. In this case, it may be a combination of any two pressures of P1, P2 and P3 related to hydrogen gas and supply pressure and discharge pressure to the fuel cell 2 related to oxygen gas.

＜変形例：遮断手段＞
上記では、エジェクタ２４が噴射する主流（新たな水素ガス）の流れの遮断について、エジェクタ２４の流量可変時に可動する流量調整部材（ニードル６１およびピストン６２）に関連して設けたシール部材８１で行うこととした。このシール部材８１でなくとも、例えば、ニードル６１の一部またはピストン６２の一部が、その進退移動に連動して、ノズル４６の一部またはノズル４６とは異なるエジェクタ２４の内部の一部に離接する構成としてもよい。すなわち、本発明の遮断手段はシール部材８１に限定されるものでなはい。 <Modification: Blocking means>
In the above, the flow of the main flow (new hydrogen gas) injected by the ejector 24 is blocked by the seal member 81 provided in association with the flow rate adjusting member (needle 61 and piston 62) that is movable when the flow rate of the ejector 24 is varied. It was decided. Even if this seal member 81 is not used, for example, a part of the needle 61 or a part of the piston 62 is moved to a part of the nozzle 46 or a part inside the ejector 24 different from the nozzle 46 in conjunction with the forward / backward movement. It is good also as a structure which separates. That is, the blocking means of the present invention is not limited to the seal member 81.

＜変形例＞
シール部材８１を用いずに、燃料電池システム１においてエジェクタ２４の循環性能を上げるには、次のようなシステム構成としてもよい。例えば、エジェクタ２４の上流側の供給流路２２ａであって、レギュレータ３２の下流側の位置に遮断弁を設け、且つ遮断弁とノズル４６との間の流路容積を小さくする。そして、燃料電池２内の水素ガス圧が高くなったときに遮断弁を閉弁制御するようにしてもよい。 <Modification>
In order to improve the circulation performance of the ejector 24 in the fuel cell system 1 without using the seal member 81, the following system configuration may be used. For example, a shutoff valve is provided at a position downstream of the regulator 32 in the supply flow passage 22a upstream of the ejector 24, and the flow passage volume between the shutoff valve and the nozzle 46 is reduced. Then, the shutoff valve may be controlled to close when the hydrogen gas pressure in the fuel cell 2 becomes high.

上記した本発明のエジェクタ２４は、燃料電池システム１のみならず、流体を合流して供給する必要がある他のシステムにも適用することができる。特に、エジェクタ２４による流体の供給先となる供給先装置が、流体を消費する流体消費装置（ガスであればガス消費装置）であり、流体消費装置での流体の消費量が変化するシステムに好適である。さらに好適のシステムは、流体消費装置の排出した流体がエジェクタ２４によって再び流体消費装置に循環させられるシステムである。   The above-described ejector 24 of the present invention can be applied not only to the fuel cell system 1 but also to other systems that need to supply fluids by joining them. Particularly, the supply destination device that is the fluid supply destination of the ejector 24 is a fluid consuming device that consumes fluid (a gas consuming device in the case of gas), and is suitable for a system in which the amount of fluid consumed by the fluid consuming device varies. It is. A more preferred system is a system in which the fluid discharged from the fluid consuming device is circulated again to the fluid consuming device by the ejector 24.

また、上記した本発明の燃料電池システム１は、二輪または四輪の自動車以外の電車、航空機、船舶、自走式ロボットその他の移動体に搭載することができる。また、燃料電池システム１は、定置用ともすることができ、コージェネレーションシステムに組み込むことができる。   The above-described fuel cell system 1 of the present invention can be mounted on a train other than a two-wheeled or four-wheeled vehicle, an aircraft, a ship, a self-propelled robot, or other moving objects. Further, the fuel cell system 1 can be used for stationary use and can be incorporated into a cogeneration system.

実施形態に係る燃料電池システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the fuel cell system which concerns on embodiment. 実施形態に係るエジェクタの断面図である。It is sectional drawing of the ejector which concerns on embodiment. 図２のエジェクタのノズルのまわりを拡大して示す断面図であり、シールした状態を示す図である。It is sectional drawing which expands and shows the surroundings of the nozzle of the ejector of FIG. 2, and is a figure which shows the sealed state. 第２実施形態に係るエジェクタのノズルのまわりを拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the surroundings of the nozzle of the ejector which concerns on 2nd Embodiment. 第３実施形態に係るエジェクタのノズルのまわりを拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the surroundings of the nozzle of the ejector which concerns on 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１：燃料電池システム、２：燃料電池、３：酸素ガス配管系、４：水素ガス配管系、２２：供給流路、２３：循環流路、２４：エジェクタ、２５：導入通路、４６：ノズル、６１：ニードル（流量調整部材）、６２：ピストン（流量調整部材）、８１：シール部材（遮断手段）   1: fuel cell system, 2: fuel cell, 3: oxygen gas piping system, 4: hydrogen gas piping system, 22: supply channel, 23: circulation channel, 24: ejector, 25: introduction channel, 46: nozzle, 61: Needle (flow rate adjusting member), 62: Piston (flow rate adjusting member), 81: Seal member (blocking means)

Claims (10)

第１流体の噴射により第２流体を吸引して、第１流体と第２流体とを合流させるエジェクタであって、
前記第１流体と前記第２流体との合流位置の前に設けられ、当該第１流体の流れを遮断可能な遮断手段を備えたエジェクタ。 An ejector that sucks the second fluid by jetting the first fluid and joins the first fluid and the second fluid,
An ejector provided with a blocking means provided in front of a joining position of the first fluid and the second fluid and capable of blocking the flow of the first fluid. 前記第１流体を噴射し、前記第２流体を吸引するための負圧を発生するノズルと、
前記ノズルの内部を進退移動可能に構成され、その進退位置に応じて当該ノズルを通過する前記第１流体の流量を調整する流量調整部材と、を備え、
前記遮断手段は、前記流量調整部材の進退移動に連動して、前記第１流体の流れを遮断および許容する請求項１に記載のエジェクタ。 A nozzle for ejecting the first fluid and generating a negative pressure for sucking the second fluid;
A flow rate adjusting member configured to be capable of moving forward and backward within the nozzle, and adjusting the flow rate of the first fluid passing through the nozzle according to the forward and backward position;
2. The ejector according to claim 1, wherein the blocking means blocks and allows the flow of the first fluid in conjunction with the forward and backward movement of the flow rate adjusting member. 前記遮断手段は、当該エジェクタの内部に設けられたシール部材で構成され、
前記シール部材は、前記流量調整部材の進退移動により当該流量調整部材に離接される請求項２に記載のエジェクタ。 The blocking means is composed of a seal member provided inside the ejector,
The ejector according to claim 2, wherein the seal member is separated from and brought into contact with the flow rate adjusting member by the forward and backward movement of the flow rate adjusting member. 前記シール部材は、前記ノズルの出口よりも上流側に設けられている請求項３に記載のエジェクタ。   The ejector according to claim 3, wherein the seal member is provided upstream of an outlet of the nozzle. 前記遮断手段は、前記流量調整部材の外周に設けられたシール部材で構成され、
前記シール部材は、前記流量調整部材の進退移動により前記エジェクタの内部に離接される請求項２に記載のエジェクタ。 The blocking means is composed of a seal member provided on the outer periphery of the flow rate adjusting member,
The ejector according to claim 2, wherein the seal member is separated from and brought into contact with the inside of the ejector by the forward and backward movement of the flow rate adjusting member. 前記シール部材は、前記エジェクタの内部のうち前記ノズルの内周壁に離接される請求項５に記載のエジェクタ。   The ejector according to claim 5, wherein the seal member is separated from and contacted with an inner peripheral wall of the nozzle in the ejector. 燃料電池に新たな反応ガスを供給する供給流路と、
前記燃料電池から排出された反応オフガスを前記供給流路に循環させる循環流路と、
前記供給流路と前記循環流路との接続部分に設けられた請求項１ないし６のいずれか一項に記載のエジェクタと、
を備えた燃料電池システムであって、
前記エジェクタは、前記第１流体および前記第２流体の一方を前記新たな反応ガスとして噴射し、他方を前記反応オフガスとして吸引する燃料電池システム。 A supply channel for supplying new reaction gas to the fuel cell;
A circulation channel for circulating the reaction off-gas discharged from the fuel cell to the supply channel;
The ejector according to any one of claims 1 to 6, provided at a connection portion between the supply channel and the circulation channel.
A fuel cell system comprising:
The ejector ejects one of the first fluid and the second fluid as the new reaction gas and sucks the other as the reaction off gas. 前記第１流体は前記新たな反応ガスであり、前記第２流体は前記反応オフガスである請求項７に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 7, wherein the first fluid is the new reaction gas, and the second fluid is the reaction off gas. 前記遮断手段は、前記燃料電池の発電停止時に、前記新たな反応ガスの流れを遮断する請求項８に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 8, wherein the shut-off means shuts off the flow of the new reaction gas when power generation of the fuel cell is stopped. 前記遮断手段は、前記燃料電池の発電量が小さいときに、前記新たな反応ガスの流れの遮断と許容とを連続させる請求項８または９に記載の燃料電池システム。

The fuel cell system according to claim 8 or 9, wherein the shut-off means continuously cuts off and allows the flow of the new reaction gas when the amount of power generated by the fuel cell is small.

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