JP2007211641A - Amplifying nozzle and fuel cell system using it - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an amplifying nozzle capable of varying the amount of an unreacted hydrogen gas in a hydrogen gas circulating passage jetted from the amplifying nozzle into a fuel cell stack. <P>SOLUTION: In this amplifying nozzle 4, a second fluid is supplied from the direction generally perpendicular to the flowing direction of a main flow passage 19 in which a first fluid flows to the main flow passage through an auxiliary flow passage joined to the main flow passage and an orifice 22 to build up the mixed fluid of the first and second fluids. The amplifying nozzle comprises an orifice varying means capable of reducing the opening areas of the jetting ports 22A, 23A of the orifice 22 smaller than the diameter of the main flow passage and increasing and decreasing stepwise. The orifice varying means has at least two large and small jetting ports 22A, 23A with the opening areas different from each other, a first flow passage 24 joined to the auxiliary flow passage 21 and joined to the larger jetting port 22A, a second flow passage 25 joined to the auxiliary flow passage 21 and joined to the smaller jetting port 23A, and a three-way valve 26 supplying the second fluid selectively to the first flow passage 24 or the second flow passage 25. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、増幅ノズル及びこれを用いた燃料電池システムに関する。   The present invention relates to an amplification nozzle and a fuel cell system using the same.

従来、燃料電池システムのアノードガス（水素ガス）循環系において、燃料電池スタックから排出される未反応水素を水素タンクから該燃料電池スタックへと供給される水素供給流路に合流させる手段として、エゼクタ（増幅ノズル）が使用されている。   Conventionally, in an anode gas (hydrogen gas) circulation system of a fuel cell system, an ejector is used as a means for joining unreacted hydrogen discharged from the fuel cell stack to a hydrogen supply channel supplied from the hydrogen tank to the fuel cell stack. (Amplification nozzle) is used.

一般的に、エゼクタは、燃料電池スタックからの未反応水素の利用率を変化させることができず、定格点での流量にあわせた設計をしており、小流量では十分な水素循環流量が得られていなかった。   In general, the ejector cannot change the utilization rate of unreacted hydrogen from the fuel cell stack, and is designed according to the flow rate at the rated point. It was not done.

これを改善するために、特許文献１では、エゼクタのノズル内に、該ノズルと同軸にニードルを配置し、該ニードルを軸線方向に移動させることで、前記ノズルの開口面積を変化させ、当該エゼクタの流量を可変する技術を開示している。
特開２００５−２４８７１２号公報 In order to improve this, in Patent Document 1, a needle is arranged coaxially with the nozzle in the nozzle of the ejector, and the needle is moved in the axial direction, thereby changing the opening area of the nozzle. Discloses a technique for varying the flow rate of the gas.
JP 2005-248712 A

しかし、エゼクタは、その構造上、エゼクタ内の未反応水素の流路を広く取ることができないため、圧力損失が大きくなり、十分な水素循環流量を稼げないという問題がある。   However, because of the structure of the ejector, the unreacted hydrogen flow path in the ejector cannot be widened, so that there is a problem that the pressure loss increases and a sufficient hydrogen circulation flow rate cannot be obtained.

そこで本発明は、上記事情を考慮し、燃料電池スタックから排出される未反応水素と水素タンクから供給される水素とを合流させる際に、未反応水素流路の圧力損失を大きくすることなく、増幅ノズルより燃料電池スタックへ噴出させる水素循環流路中の未反応水素の量を可変自在とし、未反応水素の利用率を高めることのできる増幅ノズル及びこれを用いた燃料電池システムを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention takes the above circumstances into consideration, and when unreacted hydrogen discharged from the fuel cell stack and hydrogen supplied from the hydrogen tank are merged, without increasing the pressure loss of the unreacted hydrogen flow path, To provide an amplification nozzle capable of changing the amount of unreacted hydrogen in a hydrogen circulation flow path ejected from the amplification nozzle to the fuel cell stack, and increasing the utilization rate of unreacted hydrogen, and a fuel cell system using the same. With the goal.

本発明は、一方向から他方向へ第１の流体が流れる主流路の流れ方向に略直交する方向から第２の流体を前記主流路に繋がる副流路よりオリフィスを介して前記主流路に供給してこれら第１及び第２の流体の混合流体を昇圧させる増幅ノズルである。そして、本発明の増幅ノズルでは、前記オリフィスの噴出し口の開口面積を、前記主流路の流路径よりも小さく且つ段階的に増加減自在とするオリフィス可変手段を備えている。   In the present invention, the second fluid is supplied to the main flow path from the sub-flow path connected to the main flow path from the direction substantially orthogonal to the flow direction of the main flow path through which the first fluid flows from one direction to the other direction via the orifice. Thus, the amplification nozzle raises the pressure of the mixed fluid of the first and second fluids. The amplification nozzle of the present invention includes orifice variable means that makes the opening area of the orifice outlet smaller than the diameter of the main flow path and can be increased or decreased in stages.

本発明によれば、第１の流体が流れる主流路に、副流路を流れる第２の流体をオリフィスを介して供給する際に、該オリフィスの噴出し口の開口面積を段階的に増加減自在とするオリフィス可変手段を備えているため、増幅ノズルより燃料電池スタックへ噴出させる水素循環流路中の未反応水素の量を可変自在とすることができる。したがって、燃料電池スタックから排出される未反応水素の利用率を高めることができる。   According to the present invention, when the second fluid flowing through the sub-flow channel is supplied to the main flow channel through which the first fluid flows through the orifice, the opening area of the outlet of the orifice is increased or decreased stepwise. Since the variable orifice variable means is provided, the amount of unreacted hydrogen in the hydrogen circulation flow path ejected from the amplification nozzle to the fuel cell stack can be made variable. Therefore, the utilization rate of unreacted hydrogen discharged from the fuel cell stack can be increased.

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.

［実施の形態１］
図１は、燃料電池システムを示す全体システム図である。本実施の形態の燃料電池システムにおいては、水素貯蔵手段を構成する水素タンク１内の水素は、水素調圧弁２、水素タンク１と増幅ノズル４を連結する水素供給流路３、増幅ノズル４、増幅ノズル４と燃料電池スタック６を連結する水素供給流路１７をこの順に通って燃料電池スタック６に供給される。増幅ノズル４と燃料電池スタック６を結ぶ水素供給流路１７には、この流路内の圧力を測定する水素圧力センサ５が設けられている。 [Embodiment 1]
FIG. 1 is an overall system diagram showing a fuel cell system. In the fuel cell system of the present embodiment, the hydrogen in the hydrogen tank 1 that constitutes the hydrogen storage means includes a hydrogen pressure regulating valve 2, a hydrogen supply channel 3 that connects the hydrogen tank 1 and the amplification nozzle 4, an amplification nozzle 4, The fuel is supplied to the fuel cell stack 6 through a hydrogen supply channel 17 connecting the amplification nozzle 4 and the fuel cell stack 6 in this order. In the hydrogen supply channel 17 connecting the amplification nozzle 4 and the fuel cell stack 6, a hydrogen pressure sensor 5 for measuring the pressure in the channel is provided.

水素タンク１は、タンク内に燃料ガスとして水素を貯蔵している。水素調圧弁２は、コントロールユニット１６の指令により制御され、燃料電池スタック６へ供給する水素の流量を制御し、これにより燃料電池スタック６の水素側における入口圧力を制御する。   The hydrogen tank 1 stores hydrogen as fuel gas in the tank. The hydrogen pressure regulating valve 2 is controlled by a command from the control unit 16 and controls the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 6, thereby controlling the inlet pressure on the hydrogen side of the fuel cell stack 6.

空気供給手段を構成するコンプレッサ９により吸い込まれた空気は、圧縮された後、空気供給流路１０を通って燃料電池スタック６に供給される。この空気供給流路１０には、この流路内を流れる空気の圧力を測定する空気圧力センサ８が設けられている。かかるコンプレッサ９は、コントロールユニット１６の指令により回転数制御され、燃料電池スタック６へ供給する空気の流量を制御し、該燃料電池スタック６の空気側における入口圧力を制御する。   The air sucked by the compressor 9 constituting the air supply means is compressed and then supplied to the fuel cell stack 6 through the air supply flow path 10. The air supply flow path 10 is provided with an air pressure sensor 8 that measures the pressure of the air flowing through the flow path. The compressor 9 is controlled in rotational speed by a command from the control unit 16, controls the flow rate of air supplied to the fuel cell stack 6, and controls the inlet pressure on the air side of the fuel cell stack 6.

燃料電池スタック６は、供給される水素と空気とが電解質膜に供給されることで発電する。燃料電池スタック６から排出された空気は、空気調圧弁７により圧力調整された後にシステム外へと排出される。燃料電池スタック６から排出されたアノードオフガス（未反応水素）は、水素循環流路１１を通って水素循環ポンプ１５により吸引され、増幅ノズル４で加圧され、水素タンク１から供給される水素と混合されて再び燃料電池スタック６に戻る。   The fuel cell stack 6 generates electricity by supplying the supplied hydrogen and air to the electrolyte membrane. The air discharged from the fuel cell stack 6 is pressure-adjusted by the air pressure regulating valve 7 and then discharged outside the system. The anode off-gas (unreacted hydrogen) discharged from the fuel cell stack 6 is sucked by the hydrogen circulation pump 15 through the hydrogen circulation passage 11, pressurized by the amplification nozzle 4, and hydrogen supplied from the hydrogen tank 1. It is mixed and returns to the fuel cell stack 6 again.

水素循環流路１１には、この流路内の温度を測定する温度センサ１４が設けられている。水素循環ポンプ１５は、燃料電池スタック６から排出された未反応ガスのうち水素のみを吸い込み、再度水素を燃料電池スタック６へ供給させる。かかるアノードオフガスは、２重コイル電磁弁（常時閉）１２を開くことで排出流路１３を通して外部に排出されることもできる。   The hydrogen circulation channel 11 is provided with a temperature sensor 14 for measuring the temperature in the channel. The hydrogen circulation pump 15 sucks only hydrogen out of the unreacted gas discharged from the fuel cell stack 6 and supplies hydrogen to the fuel cell stack 6 again. The anode off gas can be discharged to the outside through the discharge flow path 13 by opening the double coil electromagnetic valve (normally closed) 12.

コントロールユニット１６は、各センサ５、８、１４からの信号を読み込み、予め内部に保有する制御ロジックに従い、各構成品４、７、１２へ指令を送り、燃料電池システムの制御を行う。温度センサ１４は、水素循環流路１１内の温度を検出し、その検出値をコントロールユニット１６に入力する。水素圧力センサ５は、燃料電池スタック６の水素側における圧力を検出し、その検出値をコントロールユニット１６に入力する。また、コントロールユニット１６は、水素圧力センサ５の検出値に基づき、前記水素調圧弁２を制御する。空気圧力センサ８は、燃料電池スタック６の空気側における圧力を検出し、その検出値をコントロールユニット１６に入力する。また、コントロールユニット１６は、空気圧力センサ８の検出値に基づき、前記空気調圧弁７を制御する。   The control unit 16 reads signals from the sensors 5, 8, and 14 and sends commands to the components 4, 7, and 12 according to the control logic stored in advance to control the fuel cell system. The temperature sensor 14 detects the temperature in the hydrogen circulation flow path 11 and inputs the detected value to the control unit 16. The hydrogen pressure sensor 5 detects the pressure on the hydrogen side of the fuel cell stack 6 and inputs the detected value to the control unit 16. The control unit 16 controls the hydrogen pressure regulating valve 2 based on the detection value of the hydrogen pressure sensor 5. The air pressure sensor 8 detects the pressure on the air side of the fuel cell stack 6 and inputs the detected value to the control unit 16. The control unit 16 controls the air pressure regulating valve 7 based on the detection value of the air pressure sensor 8.

図２は増幅ノズル４を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図である。増幅ノズル４は、ストレート形状とされる増幅ノズル管（増幅ノズル筐体）１８の一方向から他方向へ第１の流体（水素循環流路１１に流れる未反応水素）が流れる主流路１９を有している。かかる主流路１９は、上流側を水素循環流路１１に接続し、下流側を増幅ノズル４と燃料電池スタック６とを結ぶ水素供給流路１７に接続させている。   FIG. 2 shows the amplifying nozzle 4, (A) is a longitudinal sectional view, and (B) is a transverse sectional view. The amplification nozzle 4 has a main flow path 19 through which a first fluid (unreacted hydrogen flowing in the hydrogen circulation flow path 11) flows from one direction to the other direction in an amplification nozzle pipe (amplification nozzle housing) 18 having a straight shape. is doing. The main channel 19 has an upstream side connected to the hydrogen circulation channel 11 and a downstream side connected to a hydrogen supply channel 17 connecting the amplification nozzle 4 and the fuel cell stack 6.

主流路１９には、流体を加速させ且つ昇圧させるための絞り部２０が形成されている。絞り部２０は、主流路１９の流路径（管内径）を徐々に狭めた後に再び元の内径となるように流路を拡げることで形成されている。この絞り部２０では、流路径が徐々に細められることにより流体が加速され、再び流路径が拡がるにつれて運動エネルギーが圧力エネルギーになることで圧力回復が起こり昇圧される。また、この時、流路径の変化を徐々に行うことによって流れの乱れを抑えることが可能となり、圧力損失を低減することができる。   The main channel 19 is formed with a throttle portion 20 for accelerating and boosting the fluid. The throttle unit 20 is formed by gradually narrowing the flow path diameter (tube inner diameter) of the main flow path 19 and then expanding the flow path so that it becomes the original inner diameter again. In the throttle section 20, the fluid is accelerated by gradually reducing the flow path diameter, and the kinetic energy becomes pressure energy as the flow path diameter increases again, whereby pressure recovery occurs and the pressure is increased. Further, at this time, by gradually changing the flow path diameter, it becomes possible to suppress the disturbance of the flow, and the pressure loss can be reduced.

そして、この絞り部２０には、主流路１９の流れ方向に略直交する方向から第２の流体（水素タンク１から供給される水素）を前記主流路１９に供給するための副流路２１が接続されている。この副流路２１には、水素タンク１と増幅ノズル４とを結ぶ水素供給流路３が接続され、その内部に水素タンク１からの水素が供給されるようになている。   The throttle unit 20 has a sub-channel 21 for supplying a second fluid (hydrogen supplied from the hydrogen tank 1) to the main channel 19 from a direction substantially orthogonal to the flow direction of the main channel 19. It is connected. A hydrogen supply flow path 3 connecting the hydrogen tank 1 and the amplification nozzle 4 is connected to the sub flow path 21, and hydrogen from the hydrogen tank 1 is supplied to the inside.

副流路２１に供給された第２の流体は、前記絞り部２０に形成された開口面積の異なる大小２つの噴出し口２２Ａ、２３Ａを備えたオリフィス２２、２３を介して前記主流路１９に供給される。２つのうちで一方よりもその開口面積が大きい噴出し口２２Ａを有するオリフィス２２は、前記副流路２１と接続される第１流路２４に接続されている。また、他方の開口面積が小さい噴出し口２３Ａを有するオリフィス２３は、前記副流路２１と接続される第２流路２５に接続されている。なお、これらオリフィス２２、２３には、主流路１９に向かってその開口部を次第に大きくし且つ混合流体の流れ方向下流へと傾く傾斜部２２ａ、２３ａが形成されている。   The second fluid supplied to the sub-flow channel 21 enters the main flow channel 19 via the orifices 22 and 23 having two large and small jet ports 22A and 23A formed in the throttle portion 20 and having different opening areas. Supplied. Of the two, the orifice 22 having the ejection port 22A having a larger opening area than one is connected to the first flow path 24 connected to the sub flow path 21. The other orifice 23 having the ejection opening 23 </ b> A having a smaller opening area is connected to the second flow path 25 connected to the sub flow path 21. The orifices 22 and 23 are formed with inclined portions 22a and 23a that gradually increase in size toward the main channel 19 and incline toward the downstream in the flow direction of the mixed fluid.

大小２つの噴出し口２２Ａ、２３Ａは、同一断面位置において、前記増幅ノズル管１８を略４等分する位置にそれぞれ形成されている。一方に比べて開口面積が大きい２つの噴出し口２２Ａ、２２Ａは、第１流路２４に共に接続されている。他方の開口面積が小さい噴出し口２３Ａ、２３Ａは、第１流路２４とは別の第２流路２５に接続されている。   The two large and small ejection ports 22A and 23A are formed at positions that divide the amplification nozzle tube 18 into approximately four equal parts in the same cross-sectional position. The two outlets 22A and 22A having a larger opening area than one are connected to the first flow path 24 together. The other outlets 23 </ b> A and 23 </ b> A having a small opening area are connected to a second flow path 25 different from the first flow path 24.

また、この増幅ノズル４においては、第２の流体を選択的に第１流路２４又は第２流路２５に供給する三方弁２６が前記副流路２１に設けられている。この三方弁２６と、大小２つの噴出し口２２Ａ、２３Ａを有したそれぞれのオリフィス２２、２３と、第１流路２４及び第２流路２５とで構成されるオリフィス可変手段により、前記燃料電池スタック６へ供給する水素循環流路１１に含まれる未反応水素の供給量を、二段階にて供給可能となす。   In the amplification nozzle 4, a three-way valve 26 that selectively supplies the second fluid to the first flow path 24 or the second flow path 25 is provided in the sub flow path 21. The fuel cell includes the three-way valve 26, orifices 22 and 23 each having two large and small jet ports 22A and 23A, and an orifice variable means including a first flow path 24 and a second flow path 25. The supply amount of unreacted hydrogen contained in the hydrogen circulation channel 11 supplied to the stack 6 can be supplied in two stages.

具体的には、水素タンク１から水素供給量路３を通して水素調圧弁２で圧力調整された水素が、前記増幅ノズル４の副流路２１に流入する。そして、この副流路２１に接続された三方弁２６を通過し、第１流路２４または第２流路２５から各噴出し口２２Ａ、２３Ａへと到達し、主流路１９内に噴出される。このとき、水素ガスは、圧力エネルギーが速度エネルギーへと変換されるため、減圧される。この減圧効果によって、水素循環流路１１から未反応水素を引き込み、燃料電池スタック６のアノード入口へと続く流路（主流路）へと水素は加圧されながら流れる。このとき、燃料電池スタック６から排出された未反応ガスの通過する流路（主流路の上流）と、アノード入口へと続く流路（主流路の下流）は一直線となっており、大きな圧力損失は生じない。   Specifically, hydrogen whose pressure is adjusted by the hydrogen pressure regulating valve 2 from the hydrogen tank 1 through the hydrogen supply amount path 3 flows into the sub-flow path 21 of the amplification nozzle 4. Then, it passes through the three-way valve 26 connected to the sub-flow channel 21, reaches the ejection ports 22 </ b> A and 23 </ b> A from the first flow channel 24 or the second flow channel 25, and is ejected into the main flow channel 19. . At this time, the hydrogen gas is decompressed because the pressure energy is converted into velocity energy. Due to this pressure reduction effect, unreacted hydrogen is drawn from the hydrogen circulation channel 11, and hydrogen flows while being pressurized to a channel (main channel) that continues to the anode inlet of the fuel cell stack 6. At this time, the flow path through which the unreacted gas discharged from the fuel cell stack 6 passes (upstream of the main flow path) and the flow path to the anode inlet (downstream of the main flow path) are in a straight line, and a large pressure loss Does not occur.

この際に、噴出し口２２Ａの方が２３Ａよりも大きい。噴出し口の開口面積の大きさによって、水素ガスが閉塞する流量が異なり、高流量で閉塞するような噴出し口２２Ａの開口面積であると、低流量では十分な減圧がなされず、水素循環流路１１を流れる前記主流路１９上流の未反応ガスを十分に吸い込めない。   At this time, the outlet 22A is larger than 23A. The flow rate at which hydrogen gas is blocked differs depending on the size of the opening area of the ejection port. If the opening area of the ejection port 22A is blocked at a high flow rate, sufficient decompression is not achieved at a low flow rate, and hydrogen circulation Unreacted gas upstream of the main channel 19 flowing through the channel 11 cannot be sufficiently sucked.

燃料電池スタック６の必要水素循環流量（発電に必要な水素流量）が多いときは、水素調圧弁２の開度が上がり、増幅ノズル４へ流入する水素量は多く、逆に必要水素循環流量が少ないときは、増幅ノズル４へと流入する水素量は少なくなる。このことから、必要水素循環流量が多いときは、三方弁２６を、開口面積が大きい噴出し口２２Ａへと通じる第１流路２４へ流入するように開き、必要水素循環流量が少ないときは、三方弁２６を、開口面積が小さい噴出し口２３Ａへと通じる第２流路２５へ流入するように開くことで、必要流量に応じて増幅ノズル４からの水素噴出し量（水素供給量）を調整することができる。この動作は、水素調圧弁２の動きに合わせて、前記三方弁２６を開く方向を変えることで対応が可能となる。   When the necessary hydrogen circulation flow rate (hydrogen flow rate necessary for power generation) of the fuel cell stack 6 is large, the opening of the hydrogen pressure control valve 2 is increased, and the amount of hydrogen flowing into the amplification nozzle 4 is large. When the amount is small, the amount of hydrogen flowing into the amplification nozzle 4 is small. From this, when the necessary hydrogen circulation flow rate is large, the three-way valve 26 is opened so as to flow into the first flow path 24 leading to the ejection port 22A having a large opening area, and when the necessary hydrogen circulation flow rate is small, By opening the three-way valve 26 so as to flow into the second flow path 25 leading to the ejection port 23A having a small opening area, the hydrogen ejection amount (hydrogen supply amount) from the amplification nozzle 4 can be reduced according to the required flow rate. Can be adjusted. This operation can be handled by changing the direction of opening the three-way valve 26 in accordance with the movement of the hydrogen pressure regulating valve 2.

上記構成の増幅ノズル４を燃料電池システムのアノード循環系に用いた場合、燃料電池スタック６からの未反応水素と水素タンク１からの供給水素を合流させる際に、水素循環流路１１の圧力損失を大きくすることなく、増幅ノズル４より燃料電池スタック６へ噴出させる前記水素循環流路１１中の未反応水素の量を可変自在とすることができる。図３には、燃料電池負荷と増幅ノズル昇圧量の関係を示す特性図を示す。この特性図から判るように、増幅ノズル４より燃料電池スタック６へ噴出させる水素循環流路１１中の未反応水素量を可変させた場合（実線Ａで示す）は、可変させずに定格固定とした場合（破線Ｂで示す）に比べて増幅ノズル４における昇圧量の大幅な向上が得られる。   When the amplification nozzle 4 configured as described above is used in the anode circulation system of the fuel cell system, when the unreacted hydrogen from the fuel cell stack 6 and the hydrogen supplied from the hydrogen tank 1 are merged, the pressure loss of the hydrogen circulation channel 11 The amount of unreacted hydrogen in the hydrogen circulation passage 11 to be ejected from the amplifying nozzle 4 to the fuel cell stack 6 can be made variable without increasing. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the fuel cell load and the amplification nozzle pressure increase amount. As can be seen from this characteristic diagram, when the amount of unreacted hydrogen in the hydrogen circulation passage 11 to be ejected from the amplification nozzle 4 to the fuel cell stack 6 is varied (indicated by a solid line A), the rating is fixed without being varied. Compared to the case (indicated by the broken line B), the boosting amount in the amplification nozzle 4 is greatly improved.

この他、増幅ノズル４上流の水素調圧弁２の開度を変化させることによっても、前記増幅ノズル４からの噴出し量を変化させることができる。水素調圧弁２の開度を上げると、増幅ノズル４への水素流入量が増加することから、噴出し口２２Ａ、２３Ａからの噴出し量は増加し、逆に水素調圧弁２の開度を下げると、増幅ノズル４への水素流入量は減少することから、噴出し口２２Ａ、２３Ａからの噴出し量も減少する。   In addition, the amount of ejection from the amplification nozzle 4 can also be changed by changing the opening of the hydrogen pressure regulating valve 2 upstream of the amplification nozzle 4. When the opening degree of the hydrogen pressure regulating valve 2 is increased, the amount of hydrogen flowing into the amplification nozzle 4 increases, so that the ejection amount from the ejection ports 22A and 23A increases, and conversely, the opening degree of the hydrogen pressure regulating valve 2 is increased. When lowered, the amount of hydrogen flowing into the amplifying nozzle 4 decreases, so the amount of ejection from the ejection ports 22A, 23A also decreases.

なお、図２では、大小２つの噴出し口２２Ａ、２３Ａの数を４つとしたが、その数を増加減するようにしてもよい。また、噴出し口２２Ａ、２３Ａは、絞り部２０に形成されていてもよいし、或いは、絞り部２０の近傍に形成されていてもどちらでも構わない。   In FIG. 2, the number of the large and small two ejection openings 22A, 23A is four, but the number may be increased or decreased. Further, the ejection ports 22A and 23A may be formed in the throttle unit 20 or may be formed in the vicinity of the throttle unit 20.

また、図４に示すように、主流路５の流れ方向に沿って開口面積が小さい方の噴出し口２３Ａを絞り部２０に形成し、その近傍部下流にそれよりも開口面積が大きい方の噴出し口２２Ａを形成するような増幅ノズル４としても同様の作用効果が得られる。   Further, as shown in FIG. 4, an ejection port 23 </ b> A having a smaller opening area along the flow direction of the main flow path 5 is formed in the throttle part 20, and the opening area having a larger opening area is located downstream in the vicinity thereof. Similar effects can be obtained with the amplification nozzle 4 that forms the ejection port 22A.

［実施の形態２］
実施の形態２では、増幅ノズル４の構成を実施の形態１の構成とは異なるものとして、増幅ノズルより燃料電池スタックへ噴出させる水素循環流路中の未反応水素の量を可変自在としたものである。ここでは、実施の形態１と同一構成部分についてはその説明は省略すると共に同一構成部分については同一の符号を付すものとする。 [Embodiment 2]
In the second embodiment, the configuration of the amplifying nozzle 4 is different from the configuration of the first embodiment, and the amount of unreacted hydrogen in the hydrogen circulation flow path ejected from the amplifying nozzle to the fuel cell stack is made variable. It is. Here, the description of the same components as those of the first embodiment is omitted, and the same components are denoted by the same reference numerals.

実施の形態２における増幅ノズル４は、図５に示すように、実施の形態１の増幅ノズルに対してオリフィス可変手段の構成を異にする。この例のオリフィス可変手段は、主流路１９の外周囲において混合流体の流れ方向にスライド自在とされ、副流路２１からオリフィス２２を介して供給される噴出し口２２Ａを開閉自在としてその開口面積を増加減させるスライド部材であるスリーブ２７と、該スリーブ２７を、前記噴出し口２２Ａの開口面積が減少する方向に常時付勢するバネ２８と、該バネ２８の付勢力に抗してスリーブ２７を、前記副流路２１から供給される第２の流体を受けることで前記噴出し口２２Ａの開口面積が増加する方向にスライドさせる力を発生させる受圧部２９とからなる。   As shown in FIG. 5, the amplification nozzle 4 in the second embodiment differs from the amplification nozzle in the first embodiment in the configuration of the orifice variable means. The orifice variable means in this example is slidable in the flow direction of the mixed fluid in the outer periphery of the main flow path 19, and the opening area 22 </ b> A supplied from the sub flow path 21 via the orifice 22 can be opened and closed. A sleeve 27 which is a slide member for increasing and decreasing the pressure, a spring 28 which constantly urges the sleeve 27 in a direction in which the opening area of the ejection port 22A decreases, and a sleeve 27 against the urging force of the spring 28 Is received by the second fluid supplied from the sub-flow channel 21, and a pressure receiving portion 29 that generates a force for sliding in the direction in which the opening area of the ejection port 22A increases is formed.

スリーブ２７は、円筒体として形成されており、絞り部２０に形成された円環形状の摺動孔３０内に前記混合流体の流れ方向にスライド自在とされている。このスリーブ２７には、その周面に環状凸条部とされた受圧部２９が突設されている。バネ２８は、一端がノズル管壁に固定され、他端が受圧部２９に固定されており、前記スリーブ２７を噴出し口２２Ａの開口面積が減少する方向に常時付勢している。かかるバネ２８には、例えば熱感度のある非線形バネを使用することが望ましく、高温時に自然長が短いもの、若しくは低温時に自然長が長いものを使用する。   The sleeve 27 is formed as a cylindrical body, and is slidable in the flow direction of the mixed fluid in an annular slide hole 30 formed in the throttle portion 20. The sleeve 27 is provided with a pressure receiving portion 29 that is an annular ridge on the circumferential surface thereof. The spring 28 has one end fixed to the nozzle tube wall and the other end fixed to the pressure receiving portion 29, and constantly urges the sleeve 27 in a direction in which the opening area of the ejection port 22A decreases. As the spring 28, for example, a non-linear spring having heat sensitivity is preferably used, and a spring having a short natural length at a high temperature or a spring having a long natural length at a low temperature is used.

このように構成された増幅ノズル４では、水素調圧弁２にて圧力調整された水素タンク１からの水素が副流路２１へ流れ込み、オリフィス２２を通り噴出し口２２Ａを介して主流路１９内に噴出される。このとき、水素ガスは、圧力エネルギーが速度エネルギーへと変換されるため、減圧される。この減圧効果によって、水素循環流路１１から未反応水素を引き込み、燃料電池スタック６のアノード入口へと続く流路（主流路）へと水素は加圧されながら流れる。このとき、燃料電池スタック６から排出された未反応ガスの通過する流路（主流路の上流）と、アノード入口へと続く流路（主流路の下流）は一直線となっており、大きな圧力損失は生じない。   In the amplification nozzle 4 configured as described above, hydrogen from the hydrogen tank 1 whose pressure has been adjusted by the hydrogen pressure regulating valve 2 flows into the sub-flow channel 21, passes through the orifice 22, and flows into the main flow channel 19 through the ejection port 22 </ b> A. Is erupted. At this time, the hydrogen gas is decompressed because the pressure energy is converted into velocity energy. Due to this pressure reduction effect, unreacted hydrogen is drawn from the hydrogen circulation channel 11, and hydrogen flows while being pressurized to a channel (main channel) that continues to the anode inlet of the fuel cell stack 6. At this time, the flow path through which the unreacted gas discharged from the fuel cell stack 6 passes (upstream of the main flow path) and the flow path to the anode inlet (downstream of the main flow path) are in a straight line, and a large pressure loss Does not occur.

そして、この増幅ノズル４では、燃料電池スタック６の必要水素循環量が増えた場合には、水素調圧弁２の開度が変更され、前記副流路２１へ流入する水素流量及び圧力ともに増加する。すると、スリーブ２７に設けられた受圧部２９に加わる圧力が増加し、該受圧部２９を保持しているバネ２８が縮み、前記スリーブ２７が図５中右方向へ移動する。その結果、スリーブ２７により塞がれていた噴出し口２２Ａの開口面積が増加し、主流路１９へ噴出される水素量が増える。   In the amplification nozzle 4, when the necessary hydrogen circulation amount of the fuel cell stack 6 increases, the opening degree of the hydrogen pressure regulating valve 2 is changed, and both the hydrogen flow rate and the pressure flowing into the auxiliary flow path 21 increase. . Then, the pressure applied to the pressure receiving portion 29 provided on the sleeve 27 increases, the spring 28 holding the pressure receiving portion 29 contracts, and the sleeve 27 moves to the right in FIG. As a result, the opening area of the ejection port 22A blocked by the sleeve 27 increases, and the amount of hydrogen ejected to the main flow path 19 increases.

逆に、必要水素循環量が減少する場合には、水素調圧弁２の開度が変更され、前記副流路２１へ流入する水素流量及び圧力ともに減少する。すると、受圧部２９に加わる圧力が減少し、該受圧部２９を保持しているバネ２８が伸び、前記スリーブ２７が図５中左方向へ移動する。その結果、スリーブ２７によって噴出し口２２Ａが塞がれて当該噴出し口２２Ａの開口面積が減少し、主流路１９へ噴出される水素量が減る。   On the contrary, when the necessary hydrogen circulation amount decreases, the opening degree of the hydrogen pressure regulating valve 2 is changed, and both the hydrogen flow rate and the pressure flowing into the auxiliary flow path 21 decrease. Then, the pressure applied to the pressure receiving portion 29 decreases, the spring 28 holding the pressure receiving portion 29 extends, and the sleeve 27 moves to the left in FIG. As a result, the ejection port 22A is blocked by the sleeve 27, the opening area of the ejection port 22A is reduced, and the amount of hydrogen ejected to the main flow path 19 is reduced.

このように、図５のような構成を持つ増幅ノズル４を用いることで、燃料電池スタック６の必要水素循環量に応じた水素調圧弁２の操作に前記噴出し口２２Ａの開度も追従可能なる。したがって、これにより、大きな圧力損失を伴わずに、燃料電池スタック６に必要な水素流量に応じて、増幅ノズル４より該燃料電池スタック６へ噴出させる水素循環流路１１中の未反応水素の量を可変することができる。   In this way, by using the amplification nozzle 4 having the configuration as shown in FIG. 5, the opening of the ejection port 22A can follow the operation of the hydrogen pressure regulating valve 2 in accordance with the required hydrogen circulation amount of the fuel cell stack 6. Become. Therefore, the amount of unreacted hydrogen in the hydrogen circulation passage 11 to be ejected from the amplification nozzle 4 to the fuel cell stack 6 according to the hydrogen flow rate required for the fuel cell stack 6 without large pressure loss. Can be varied.

また、本実施の形態では、増幅ノズル４の中を通過するガス温度は、流量によって変化する。このことを利用し、熱感度のある非線形バネを用いることで、ガス温度に応じて異なるバネ係数が得られることから、スリーブ２７の摺動応答性を良くすることができる。すなわち、水素循環流路１１を流れるガス温度は、高流量時には高く低流量時には低くなるから、ガス流量が多いときにはガス温度が高くなることでバネ２８が縮み易くなり、逆に低流量時にはガス温度が低くなることでバネ２８が延び易くなる。その結果、ガス流量に対するスリーブ２７の摺動応答性が良くなる。   In the present embodiment, the temperature of the gas passing through the amplification nozzle 4 varies depending on the flow rate. By utilizing this fact and using a non-linear spring having thermal sensitivity, different spring coefficients can be obtained according to the gas temperature, so that the sliding response of the sleeve 27 can be improved. That is, the temperature of the gas flowing through the hydrogen circulation channel 11 is high at a high flow rate and low at a low flow rate. Therefore, when the gas flow rate is high, the gas temperature becomes high and the spring 28 is easily contracted. The spring 28 becomes easy to extend because of lowering. As a result, the sliding response of the sleeve 27 to the gas flow rate is improved.

また、本実施の形態では、スリーブ２７に穴の空いていないスリーブを用い、該スリーブ２７を主流路１９の流れ方向に摺動させることで、この主流路１９に噴出する噴出し口２２Ａの大きさを連続的に変化させることができる。   In the present embodiment, a sleeve having no hole is used as the sleeve 27, and the sleeve 27 is slid in the flow direction of the main flow path 19 so that the size of the ejection port 22A ejected into the main flow path 19 is increased. The thickness can be changed continuously.

図６では、スリーブ２７の前記噴出し口２２Ａと対応する位置に、該噴出し口２２Ａよりも小さな開口面積とされた異なる大きさの孔３１（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）を前記混合流体の流れ方向に沿って複数配列させ、該噴出し口２２Ａに各孔３１ａ、３１ｂ、３１ｃを合わせることにより、前記噴出し口２２Ａの開口面積を段階的に増加減可能としたものである。   In FIG. 6, the mixed fluid flows through holes 31 (31 a, 31 b, 31 c) of different sizes having an opening area smaller than that of the ejection port 22 </ b> A at positions corresponding to the ejection port 22 </ b> A of the sleeve 27. By arranging a plurality of holes 31a, 31b, 31c along the direction and aligning the holes 31a, 31b, and 31c with each other along the direction, the opening area of the outlet 22A can be increased or decreased stepwise.

本実施の形態では、スリーブ２７に形成される円形状の孔３１ａ、３１ｂ、３１ｃを、その混合流体の流れ方向に沿って直線上に順にその開口径が小さくなるように３つ形成している。これら３つの孔３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、１８０度反対側の位置にも同様に形成されている。   In the present embodiment, three circular holes 31a, 31b, 31c formed in the sleeve 27 are formed in a straight line along the flow direction of the mixed fluid so that the opening diameters become smaller in order. . These three holes 31a, 31b, and 31c are similarly formed at positions opposite to the 180 degrees.

図７では、スリーブ２７の前記噴出し口２２Ａと対応する位置に、該噴出し口２２Ａよりも小さな開口面積とされると共に前記混合流体の流れ方向に沿って開口面積が次第に減少する孔３２を形成し、該噴出し口２２Ａにその孔３２を合わせることにより、前記噴出し口２２Ａの開口面積を段階的に増加減可能としたものである。   In FIG. 7, a hole 32 having an opening area smaller than that of the ejection port 22 </ b> A and having an opening area gradually decreasing along the flow direction of the mixed fluid is formed at a position corresponding to the ejection port 22 </ b> A of the sleeve 27. By forming and aligning the hole 32 with the ejection port 22A, the opening area of the ejection port 22A can be increased or decreased stepwise.

本実施の形態では、スリーブ２７に形成される孔３２を、その混合流体の流れ方向に沿ってその開口面積が減少するような略三角形状をなす孔として形成している。かかる孔３２は、１８０度反対側の位置にも同様に形成されている。   In the present embodiment, the hole 32 formed in the sleeve 27 is formed as a substantially triangular hole whose opening area decreases along the flow direction of the mixed fluid. The hole 32 is similarly formed at a position on the opposite side of 180 degrees.

図８では、スリーブ２７の前記噴出し口２２Ａと対応する位置に、該噴出し口２２Ａよりも小さな開口面積とされると共に前記混合流体の流れ方向に沿って長さの異なるスリット３３を周方向に複数配列して形成することにより、前記噴出し口２２Ａの開口面積を段階的に増加減可能としたものである。   In FIG. 8, slits 33 having a smaller opening area than the ejection port 22A and having different lengths along the flow direction of the mixed fluid are provided in the circumferential direction at positions corresponding to the ejection port 22A of the sleeve 27. By forming a plurality of them in an array, the opening area of the ejection port 22A can be increased or decreased stepwise.

本実施の形態では、スリーブ２７に形成されるスリット３３を、混合流体の流れ方向に沿って長さの異なる３つの細長い孔３３ａ、３３ｂ、３３ｃを周方向に所定間隔を置いて形成している。長さの一番長い孔３３ｃを中央に配置し、その両脇にそれよりも長さの短い孔３３ｂを一端を揃えて配置し、さらにその脇に一番長さの短い孔３３ａを一端を揃えて配置した。   In the present embodiment, the slit 33 formed in the sleeve 27 is formed with three elongated holes 33a, 33b, 33c having different lengths along the flow direction of the mixed fluid at predetermined intervals in the circumferential direction. . The longest hole 33c is arranged in the center, the shorter holes 33b are arranged on both sides with one end aligned, and the shortest hole 33a is arranged on one side with one end. Arranged.

このように、図６から図８に示す スリーブ２７をスライドさせれば、孔の形成されていないスリーブ２７を使用した場合の例と同様、何れも水素調圧弁２の開度に応じて増幅ノズル４の噴出し口２２Ａの開口面積を段階的に可変させることができる。   As described above, when the sleeve 27 shown in FIGS. 6 to 8 is slid, the amplification nozzle is in accordance with the opening degree of the hydrogen pressure regulating valve 2 as in the case of using the sleeve 27 in which no hole is formed. The opening area of the four ejection ports 22A can be varied stepwise.

［実施の形態３］
実施の形態３では、増幅ノズル４の構成を図５で示す実施の形態２の構成とは異なるものとして、増幅ノズルより燃料電池スタックへ噴出させる水素循環流路中の未反応水素の量を可変自在としたものである。ここでは、図５の増幅ノズルと同一構成部分についてはその説明は省略すると共に同一構成部分については同一の符号を付すものとする。 [Embodiment 3]
In the third embodiment, the configuration of the amplifying nozzle 4 is different from the configuration of the second embodiment shown in FIG. 5, and the amount of unreacted hydrogen in the hydrogen circulation flow path ejected from the amplifying nozzle to the fuel cell stack is variable. It's free. Here, the description of the same components as those of the amplification nozzle of FIG. 5 is omitted, and the same components are denoted by the same reference numerals.

実施の形態３における増幅ノズル４は、図９に示すように、副流路２１から分岐して前記混合流体が流れる主流路１９の下流に連通する分岐管３４と、受圧部２９に第２の流体を供給する導入管３５と、副流路２１から第２の流体を選択的に前記分岐管３４又は前記導入管３５に供給する三方弁３６とを備えている。三方弁３６は、副流路２１から分岐する分岐管３４と、受圧部２９を独立した部屋とする導入管３５との連結部分に設けられている。   As shown in FIG. 9, the amplification nozzle 4 in the third embodiment includes a branch pipe 34 that branches from the sub-flow path 21 and communicates with the downstream of the main flow path 19 through which the mixed fluid flows, and a second pressure receiving portion 29. An introduction pipe 35 for supplying fluid and a three-way valve 36 for selectively supplying a second fluid from the sub-flow path 21 to the branch pipe 34 or the introduction pipe 35 are provided. The three-way valve 36 is provided at a connecting portion between the branch pipe 34 branched from the sub-flow channel 21 and the introduction pipe 35 having the pressure receiving portion 29 as an independent room.

この実施の形態の増幅ノズル４では、燃料電池スタック６の必要水素循環量を増やす場合には、三方弁３６を、前記副流路２１と前記導入管３５とを接続するようにする。すると、副流路２１を流れる水素が導入管３５へ流れ込み、受圧部２９に加わる圧力が増し、該受圧部２９を保持しているバネ２８が縮むことで前記スリーブ２７が図９中右方向へ移動する。その結果、スリーブ２７により塞がれていた噴出し口２２Ａの開口面積が増加し、主流路１９へ噴出される水素量が増える。   In the amplification nozzle 4 of this embodiment, when the necessary hydrogen circulation amount of the fuel cell stack 6 is increased, the three-way valve 36 connects the auxiliary flow path 21 and the introduction pipe 35. Then, the hydrogen flowing through the sub-flow channel 21 flows into the introduction pipe 35, the pressure applied to the pressure receiving portion 29 increases, and the spring 28 holding the pressure receiving portion 29 contracts, so that the sleeve 27 moves to the right in FIG. Moving. As a result, the opening area of the ejection port 22A blocked by the sleeve 27 increases, and the amount of hydrogen ejected to the main flow path 19 increases.

逆に、必要水素循環量を減少させる場合には、三方弁３６を、副流路２１との接続を遮断し、導入管３５と分岐管３４とを接続するようにする。すると、副流路２１からの水素が導入管３５及び分岐管３４に流れなくなり、受圧部２９に対する圧力が減圧され、前記バネ２８の付勢力によって前記スリーブ２７が図９中左方向へ移動する。その結果、スリーブ２７によって噴出し口２２Ａが次第に塞がれてその開口面積が減少し、主流路１９へ噴出される水素量が減る。その後、再び三方弁３６を、副流路２１と導入管３５とを接続するようにすることで、前記スリーブ２７の位置が必要水素循環量に応じた位置となる。この動作によって、流量減少時のスリーブ２７の摺動の応答が良くなる。   On the other hand, when reducing the necessary amount of hydrogen circulation, the three-way valve 36 is disconnected from the sub-flow channel 21 and the introduction pipe 35 and the branch pipe 34 are connected. Then, hydrogen from the sub-flow channel 21 does not flow into the introduction pipe 35 and the branch pipe 34, the pressure on the pressure receiving portion 29 is reduced, and the sleeve 27 moves to the left in FIG. 9 by the biasing force of the spring 28. As a result, the ejection port 22A is gradually closed by the sleeve 27, the opening area is reduced, and the amount of hydrogen ejected to the main flow path 19 is reduced. Thereafter, the three-way valve 36 is connected again to the sub-flow path 21 and the introduction pipe 35, so that the position of the sleeve 27 becomes a position corresponding to the necessary hydrogen circulation amount. This operation improves the sliding response of the sleeve 27 when the flow rate is reduced.

以上のような三方弁３６の操作を水素調圧弁２の動作と同期させることで、噴出し口２２Ａの開度を燃料電池スタック６の必要水素循環量に応じて自由に可変させることができる。   By synchronizing the operation of the three-way valve 36 as described above with the operation of the hydrogen pressure regulating valve 2, the opening degree of the ejection port 22 </ b> A can be freely varied according to the required hydrogen circulation amount of the fuel cell stack 6.

さらに、この実施の形態の増幅ノズル４では、受圧部２９に水素調圧弁２下流の高圧の水素ガス、主流路１９下流の低圧水素ガスを導入することができるようになるので、必要水素循環量に応じて三方弁３６を開閉することで、スリーブ２７の摺動を応答よく行うことが可能となる。すなわち、受圧部２９に副流路２１からの高圧ガス、主流路１９の低圧ガスを導入可能となるので、流量増加時には三方弁３６を副流路２１と導入管３５をつなげる方向に開くことでスリーブ２７を開く方向に受圧させ、逆に流量減少時には導入管３５と分岐管３４をつなぐことでスリーブ２７の受圧部２９の圧抜きを行ない、素早くスリーブ２７を閉め方向に動かすことが可能となる。   Furthermore, in the amplification nozzle 4 of this embodiment, the high pressure hydrogen gas downstream of the hydrogen pressure regulating valve 2 and the low pressure hydrogen gas downstream of the main flow path 19 can be introduced into the pressure receiving portion 29. Accordingly, by opening and closing the three-way valve 36, the sleeve 27 can be slid with good response. That is, since it is possible to introduce the high-pressure gas from the sub-channel 21 and the low-pressure gas from the main channel 19 into the pressure receiving portion 29, the three-way valve 36 is opened in the direction connecting the sub-channel 21 and the introduction pipe 35 when the flow rate increases. By receiving pressure in the opening direction of the sleeve 27 and conversely connecting the introduction pipe 35 and the branch pipe 34 when the flow rate is reduced, the pressure receiving portion 29 of the sleeve 27 is depressurized, and the sleeve 27 can be quickly moved in the closing direction. .

なお、本実施の形態は、前記した図６から図８に示した各形状の孔３１、３２、３３を有したスリーブ２７構造を持つ増幅ノズル４にも適用することができる。   The present embodiment can also be applied to the amplifying nozzle 4 having the sleeve 27 structure having the holes 31, 32, 33 having the respective shapes shown in FIGS.

［実施の形態４］
実施の形態４では、増幅ノズル４の構成を図５で示す実施の形態２の構成とは異なるものとして、増幅ノズルより燃料電池スタックへ噴出させる水素循環流路中の未反応水素の量を可変自在としたものである。ここでは、図５の増幅ノズルと同一構成部分についてはその説明は省略すると共に同一構成部分については同一の符号を付すものとする。 [Embodiment 4]
In the fourth embodiment, the configuration of the amplifying nozzle 4 is different from the configuration of the second embodiment shown in FIG. 5, and the amount of unreacted hydrogen in the hydrogen circulation flow path ejected from the amplifying nozzle to the fuel cell stack is variable. It's free. Here, the description of the same components as those of the amplification nozzle of FIG. 5 is omitted, and the same components are denoted by the same reference numerals.

実施の形態４における増幅ノズル４は、図１０に示すように、図５で示す実施形態２の増幅ノズル４に対して、受圧部２９をダイヤフラム３７とし、バネ２８の位置を変更した点が異なる。すなわち、本実施の形態では、受圧部２９に変えてダイヤフラム３７を使用し、そのダイヤフラム３７の一端部をスリーブ２７に固定すると共に他端部をノズル管壁に固定し、さらに、バネ２８の一端部をスリーブ２７の後端面に固定すると共に摺動孔３０の底部に固定している。   As shown in FIG. 10, the amplification nozzle 4 in the fourth embodiment is different from the amplification nozzle 4 in the second embodiment shown in FIG. 5 in that the pressure receiving portion 29 is a diaphragm 37 and the position of the spring 28 is changed. . That is, in the present embodiment, a diaphragm 37 is used instead of the pressure receiving portion 29, one end portion of the diaphragm 37 is fixed to the sleeve 27, the other end portion is fixed to the nozzle tube wall, and one end of the spring 28 is further fixed. The portion is fixed to the rear end surface of the sleeve 27 and is fixed to the bottom of the sliding hole 30.

このように、受圧部２９の代わりにダイヤフラム３７を使用すれば、スリーブ２７を摺動させるための高圧水素ガスを受圧する受圧面積が前記した図５の受圧部２９に比べて増加することから、実施の形態２のときよりも流量増加時のスリーブ摺動の応答性が増し、噴出し口２２Ａの大きさが変化する応答性も増す。   In this way, if the diaphragm 37 is used instead of the pressure receiving portion 29, the pressure receiving area for receiving the high-pressure hydrogen gas for sliding the sleeve 27 increases compared to the pressure receiving portion 29 of FIG. The responsiveness of the sleeve sliding when the flow rate is increased is greater than that of the second embodiment, and the responsiveness of changing the size of the ejection port 22A is also increased.

なお、本実施の形態は、前記した図６から図８に示した各形状の孔３１、３２、３３を有したスリーブ２７構造を持つ増幅ノズル４にも適用することができる。   The present embodiment can also be applied to the amplifying nozzle 4 having the sleeve 27 structure having the holes 31, 32, 33 having the respective shapes shown in FIGS.

［実施の形態５］
実施の形態５では、増幅ノズル４の構成を図９で示す実施の形態３の構成とは異なるものとして、増幅ノズルより燃料電池スタックへ噴出させる水素循環流路中の未反応水素の量を可変自在としたものである。ここでは、図９の増幅ノズルと同一構成部分についてはその説明は省略すると共に同一構成部分については同一の符号を付すものとする。 [Embodiment 5]
In the fifth embodiment, the configuration of the amplifying nozzle 4 is different from the configuration of the third embodiment shown in FIG. 9, and the amount of unreacted hydrogen in the hydrogen circulation flow path ejected from the amplifying nozzle to the fuel cell stack is variable. It's free. Here, the description of the same components as those of the amplification nozzle of FIG. 9 is omitted, and the same components are denoted by the same reference numerals.

実施の形態５における増幅ノズル４は、図１１に示すように、図９で示す実施形態３の増幅ノズル４に対して、受圧部２９をダイヤフラム３７とし、バネ２８の位置を変更した点が異なる。すなわち、本実施の形態では、受圧部２９に変えてダイヤフラム３７を使用し、そのダイヤフラム３７の一端部をスリーブ２７に固定すると共に他端部をノズル管壁に固定し、さらに、バネ２８の一端部をスリーブ２７の後端面に固定すると共に摺動孔３０の底部に固定している。   As shown in FIG. 11, the amplifying nozzle 4 in the fifth embodiment is different from the amplifying nozzle 4 in the third embodiment shown in FIG. 9 in that the pressure receiving portion 29 is a diaphragm 37 and the position of the spring 28 is changed. . That is, in the present embodiment, a diaphragm 37 is used instead of the pressure receiving portion 29, one end portion of the diaphragm 37 is fixed to the sleeve 27, the other end portion is fixed to the nozzle tube wall, and one end of the spring 28 is further fixed. The portion is fixed to the rear end surface of the sleeve 27 and is fixed to the bottom of the sliding hole 30.

このように、受圧部２９の代わりにダイヤフラム３７を使用すれば、導入管３５から供給されるスリーブ２７を摺動させるための高圧水素ガスを受圧する受圧面積が前記した図９の受圧部２９に比べて増加することから、実施の形態３のときよりも流量増加時のスリーブ摺動の応答性が増し、噴出し口２２Ａの大きさが変化する応答性も増す。   In this way, if the diaphragm 37 is used instead of the pressure receiving portion 29, the pressure receiving area for receiving the high-pressure hydrogen gas for sliding the sleeve 27 supplied from the introduction pipe 35 has the pressure receiving portion 29 of FIG. Compared to the third embodiment, the sleeve sliding response at the time of increasing the flow rate is increased, and the response of changing the size of the ejection port 22A is also increased.

なお、本実施の形態は、前記した図６から図８に示した各形状の孔３１、３２、３３を有したスリーブ２７構造を持つ増幅ノズル４にも適用することができる。   The present embodiment can also be applied to the amplifying nozzle 4 having the sleeve 27 structure having the holes 31, 32, 33 having the respective shapes shown in FIGS.

［実施の形態６］
実施の形態６の増幅ノズルは、図５に示した実施の形態２の増幅ノズルに対してオリフィス可変手段の構成を異にする。この実施の形態のオリフィス可変手段は、図１２に示すように、増幅ノズル管１８内部において該増幅ノズル管１８の中心軸を回転中心として所定回転角度内で回転自在とされ、その周面の一部に主流路１９と連通する前記オリフィス２２の噴出し口２２Ａとなる孔３８が形成された円筒状回転部材である回転スリーブ３９と、該回転スリーブ３９を、前記増幅ノズル管１８の壁面で塞がれることにより前記噴出し口２２Ａとなる孔３８の開口面積が減少する方向に常時付勢するバネ２８と、前記バネ２８の付勢力に抗して前記回転スリーブ３９を、前記副流路２１から供給される第２の流体を受けることで前記噴出し口２２Ａとなる孔３８の開口面積が増加する方向に回転させる力を発生させる受圧部２９とからなる。 [Embodiment 6]
The amplification nozzle of the sixth embodiment differs from the amplification nozzle of the second embodiment shown in FIG. As shown in FIG. 12, the orifice varying means of this embodiment is rotatable within a predetermined rotation angle with the central axis of the amplification nozzle tube 18 as a rotation center within the amplification nozzle tube 18, and has a circumferential surface. A rotary sleeve 39, which is a cylindrical rotary member in which a hole 38 serving as an ejection port 22A of the orifice 22 communicating with the main flow path 19 is formed, and the rotary sleeve 39 is closed by the wall surface of the amplification nozzle tube 18. The spring 28 that constantly urges in the direction in which the opening area of the hole 38 that becomes the ejection port 22A decreases by being peeled off, and the rotary sleeve 39 against the urging force of the spring 28, the sub-flow channel 21. The pressure receiving portion 29 is configured to generate a force for rotating in the direction in which the opening area of the hole 38 serving as the ejection port 22A increases by receiving the second fluid supplied from.

回転スリーブ３９は、図１２及び図１３（Ａ）に示すように円筒体として形成されており、絞り部２０に形成された円環状の凹部４０に嵌め込まれることにより回転可能とされている。かかる回転スリーブ３９は、その中心孔を、前記主流路１９と連通する絞り部２０の流路の一部としている。この回転スリーブ３９には、オリフィス２２の噴出し口２２Ａとなる孔３８が形成されている。かかる孔３８は、回転スリーブ３９の回転方向（一方向）に沿ってその開口面積が次第に減少する略三角形状をなす孔として形成されている。   The rotating sleeve 39 is formed as a cylindrical body as shown in FIGS. 12 and 13A, and is rotatable by being fitted into an annular recess 40 formed in the throttle portion 20. The rotation sleeve 39 has a central hole as a part of the flow path of the throttle portion 20 communicating with the main flow path 19. The rotary sleeve 39 is formed with a hole 38 that becomes the ejection port 22A of the orifice 22. The hole 38 is formed as a substantially triangular hole whose opening area gradually decreases along the rotation direction (one direction) of the rotary sleeve 39.

また、回転スリーブ３９には、その周面に扇形状の凸条部として形成される受圧部２９が突設されている。そして、この受圧部２９は、増幅ノズル管１８の管壁内部に形成された扇形穴部４１に収容され、その扇形穴部４１を前記副流路２１と接続される噴出し室４２とバネ収容室４３とに区画している。なお、噴出し室４２は、前記受圧部２９に副流路２１から供給される水素を受圧させる受圧室としても機能する。   Further, the rotary sleeve 39 is provided with a pressure receiving portion 29 formed as a fan-shaped protruding portion on the peripheral surface thereof. The pressure receiving portion 29 is accommodated in a fan-shaped hole 41 formed inside the tube wall of the amplification nozzle tube 18, and the fan-shaped hole 41 is connected to the sub-flow path 21 and the ejection chamber 42 and a spring. It is partitioned into a chamber 43. The ejection chamber 42 also functions as a pressure receiving chamber that receives the hydrogen supplied from the sub-flow channel 21 to the pressure receiving portion 29.

バネ２８は、バネ収容室４３に収容され、一端がバネ収容室の壁面に固定され、他端が受圧部２９に固定されており、前記回転スリーブ３９を前記孔３８の開口面積が減少する方向（図１２（Ｂ）時計回り方向）に常時付勢している。かかるバネ２８には、実施の形態２と同様、感熱度のある非線形バネを使用することが望ましい。   The spring 28 is accommodated in the spring accommodating chamber 43, one end is fixed to the wall surface of the spring accommodating chamber, the other end is fixed to the pressure receiving portion 29, and the opening area of the hole 38 is reduced in the rotating sleeve 39. It is constantly energized (in the clockwise direction in FIG. 12B). As for the spring 28, it is desirable to use a non-linear spring having heat sensitivity as in the second embodiment.

このように構成された増幅ノズル４では、副流路２１から噴出し室４２に流入する水素の圧力が大きくなる場合には、受圧部２９が受ける圧力が増加しバネ２８が縮むことで、前記回転スリーブ３９が図１２（Ｂ）反時計回り方向に回転する。このとき、増幅ノズル管１８の壁面で塞がれていた回転スリーブ３９の孔３８の開口面積が大きくなり、噴出し口２２Ａの開度が大きくなる。その結果、主流路１９へ噴出される水素量が増えることになる。   In the amplification nozzle 4 configured as described above, when the pressure of hydrogen flowing into the ejection chamber 42 from the sub-flow channel 21 increases, the pressure received by the pressure receiving portion 29 increases and the spring 28 contracts, thereby The rotating sleeve 39 rotates counterclockwise in FIG. At this time, the opening area of the hole 38 of the rotary sleeve 39 that has been blocked by the wall surface of the amplification nozzle tube 18 is increased, and the opening of the ejection port 22A is increased. As a result, the amount of hydrogen ejected to the main flow path 19 increases.

逆に、副流路２１から噴出し室４２に流入する水素の圧力が小さくなる場合には、受圧部２９が受ける圧力も減少することから、バネ２８が伸びることで、前記スリーブ２７が図１２（Ｂ）時計回り方向に回転する。このとき、回転スリーブ３９の孔３８が増幅ノズル管１８の壁面で塞がれてその開口面積が減少し、噴出し口２２Ａの開度が小さくなる。その結果、主流路１９へ噴出される水素量が減ることになる。   Conversely, when the pressure of the hydrogen flowing into the ejection chamber 42 from the sub-flow channel 21 decreases, the pressure received by the pressure receiving portion 29 also decreases. (B) Rotate clockwise. At this time, the hole 38 of the rotating sleeve 39 is closed by the wall surface of the amplification nozzle tube 18 to reduce the opening area thereof, and the opening of the ejection port 22A is reduced. As a result, the amount of hydrogen ejected to the main flow path 19 is reduced.

このように、図１２及び図１３のような構成を持つ増幅ノズル４を用いることで、燃料電池スタック６の必要水素循環量に応じた水素調圧弁２の操作に前記噴出し口２２Ａの開度も追従可能となる。したがって、これにより、大きな圧力損失を伴わずに、燃料電池スタック６に必要な水素流量に応じて、増幅ノズル４より該燃料電池スタック６へ噴出させる水素循環流路１１中の未反応水素の量を可変することができる。   Thus, by using the amplification nozzle 4 having the configuration as shown in FIGS. 12 and 13, the opening of the ejection port 22 </ b> A can be used to operate the hydrogen pressure regulating valve 2 in accordance with the required hydrogen circulation amount of the fuel cell stack 6. Can also follow. Therefore, the amount of unreacted hydrogen in the hydrogen circulation passage 11 to be ejected from the amplification nozzle 4 to the fuel cell stack 6 according to the hydrogen flow rate required for the fuel cell stack 6 without large pressure loss. Can be varied.

なお、回転スリーブ３９に形成した噴出し口２２Ａとなる孔３８は、図８で示した長さの異なるスリット３３と同様な構成の孔とすることもできる。すなわち、図１３（Ｂ）に示すように、回転スリーブ３９の回転方向に沿って長さの異なるスリット４４（４４ａ、４４ｂ、４４ｃ）を周方向に複数配列して形成した孔４４としている。本実施の形態では、回転スリーブ３９に形成される孔４４を、長さの一番長い孔４４ｃを中央に配置し、その両脇にそれよりも長さの短い孔４４ｂを一端を揃えて配置し、さらにその脇に一番長さの短い孔４４ａを一端を揃えて配置した。かかる孔４４が形成された回転スリーブ３９を使用した場合には、やはり図１３（Ａ）の回転スリーブ３９を使用した増幅ノズル４と同様の効果を得ることができる。   In addition, the hole 38 which becomes the ejection port 22A formed in the rotating sleeve 39 can be a hole having the same configuration as the slit 33 having a different length shown in FIG. That is, as shown in FIG. 13B, the holes 44 are formed by arranging a plurality of slits 44 (44a, 44b, 44c) having different lengths in the circumferential direction along the rotation direction of the rotary sleeve 39. In the present embodiment, the hole 44 formed in the rotary sleeve 39 is arranged such that the longest hole 44c is arranged at the center and the holes 44b having a shorter length are arranged on both sides of the holes 44c. Further, the shortest hole 44a was arranged on the side thereof with one end aligned. When the rotating sleeve 39 in which the hole 44 is formed is used, the same effect as that of the amplification nozzle 4 using the rotating sleeve 39 of FIG. 13A can be obtained.

図１４及び図１５に示す増幅ノズル４は、図１２に示した増幅ノズル４に対して、副流路２１から分岐して前記混合流体が流れる主流路１９の下流に連通する分岐管４５と、副流路２１から水素が前記噴出し口２２Ａとなる孔３８に供給される噴出し室４２とは独立して設けられた受圧室４６に供給して前記受圧部２９に該水素を受圧させる導入管４７と、副流路２１からの水素を選択的に前記分岐管４５又は前記導入管４７に供給する三方弁４８とを備えた点が異なる。ここでは、図１２の増幅ノズルと同一構成部分についてはその説明は省略すると共に同一構成部分については同一の符号を付すものとする。   The amplification nozzle 4 shown in FIG. 14 and FIG. 15 has a branch pipe 45 branched from the sub-flow channel 21 and communicating with the downstream of the main flow channel 19 through which the mixed fluid flows, with respect to the amplification nozzle 4 shown in FIG. Introduction in which hydrogen is supplied from the sub-flow channel 21 to the pressure receiving chamber 46 provided independently of the ejection chamber 42 to be supplied to the hole 38 serving as the ejection port 22A, and the pressure receiving portion 29 receives the hydrogen. The difference is that a pipe 47 and a three-way valve 48 that selectively supplies hydrogen from the sub-flow channel 21 to the branch pipe 45 or the introduction pipe 47 are provided. Here, the description of the same components as those of the amplification nozzle of FIG. 12 is omitted, and the same components are denoted by the same reference numerals.

この増幅ノズル４では、燃料電池スタック６の必要水素循環量を増やす場合には、三方弁４８を、前記副流路２１と前記導入管４７とを接続するようにする。すると、副流路２１を流れる水素が導入管４７を介して受圧室４６へ流れ込み、受圧部２９に加わる圧力が増し、該受圧部２９を保持しているバネ２８が縮むことで前記回転スリーブ３９が図１４反時計回り方向へ移動する。その結果、増幅ノズル管１８の管壁により塞がれていた孔３８の開口面積が増加し、主流路１９へ噴出される水素量が増える。   In the amplification nozzle 4, the three-way valve 48 connects the auxiliary flow path 21 and the introduction pipe 47 when the necessary hydrogen circulation amount of the fuel cell stack 6 is increased. Then, the hydrogen flowing through the sub-flow channel 21 flows into the pressure receiving chamber 46 through the introduction pipe 47, the pressure applied to the pressure receiving portion 29 increases, and the spring 28 holding the pressure receiving portion 29 contracts, whereby the rotating sleeve 39 is compressed. 14 moves counterclockwise in FIG. As a result, the opening area of the hole 38 blocked by the tube wall of the amplification nozzle tube 18 increases, and the amount of hydrogen ejected to the main flow path 19 increases.

逆に、必要水素循環量を減少させる場合には、三方弁４８を、副流路２１と分岐管４５とを接続し且つ副流路２１と導入管４７との接続を止める。すると、副流路２１からの水素が導入管４７に流れなくなり受圧室４６の圧力が下がり、受圧部２９に対する圧力が減圧され、前記バネ２８の付勢力によって前記回転スリーブ３９が図１４時計回り方向へ移動する。その結果、回転スリーブ３９に形成された孔３８が管壁により次第に塞がれてその開口面積が減少し、主流路１９へ噴出される水素量が減る。以上のような三方弁４８の操作を水素調圧弁２の動作と同期させることで、噴出し口２２Ａの開度を燃料電池スタック６の必要水素循環量に応じて自由に可変させることができる。   On the other hand, when the necessary amount of hydrogen circulation is reduced, the three-way valve 48 connects the sub-flow path 21 and the branch pipe 45 and stops the connection between the sub-flow path 21 and the introduction pipe 47. Then, the hydrogen from the sub-flow channel 21 does not flow into the introduction pipe 47, the pressure in the pressure receiving chamber 46 decreases, the pressure on the pressure receiving portion 29 is reduced, and the rotating sleeve 39 is rotated clockwise in FIG. Move to. As a result, the hole 38 formed in the rotating sleeve 39 is gradually closed by the tube wall, the opening area is reduced, and the amount of hydrogen ejected to the main flow path 19 is reduced. By synchronizing the operation of the three-way valve 48 as described above with the operation of the hydrogen pressure regulating valve 2, the opening degree of the ejection port 22 </ b> A can be freely varied according to the required hydrogen circulation amount of the fuel cell stack 6.

［実施の形態７］
実施の形態７の増幅ノズル４は、図１及び図５に示す実施の形態１の増幅ノズル４に対して、受圧部２９に供給してスリーブ２７をスライドさせるためのガスとして水素ではなく、空気供給手段から供給される空気を利用した点を異にする。 [Embodiment 7]
The amplification nozzle 4 of the seventh embodiment is not hydrogen but a gas for supplying the pressure receiving portion 29 and sliding the sleeve 27 to the amplification nozzle 4 of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 5. The point which utilized the air supplied from a supply means differs.

具体的には、図１６及び図１７に示すように、空気供給手段を構成するコンプレッサ９で圧縮した空気を独立の部屋として設けられた受圧室４９に分岐管５０を接続し、その分岐管５０に、コンプレッサ９で圧縮した空気を送り込むことで、前記受圧部２９に加圧を加えてスリーブ２７をスライドさせる。   Specifically, as shown in FIGS. 16 and 17, a branch pipe 50 is connected to a pressure receiving chamber 49 provided as an independent chamber with the air compressed by the compressor 9 constituting the air supply means, and the branch pipe 50. In addition, the air compressed by the compressor 9 is fed to apply pressure to the pressure receiving portion 29 to slide the sleeve 27.

本実施の形態の増幅ノズル４では、コンプレッサ９の下流における圧力挙動と水素調圧弁２の下流での圧力挙動はほぼ同じであることから、スリーブ２７を付勢するバネ２８に適当なバネ定数のものを用いることで、図１及び図５に示す実施の形態１と同様な効果を得ることができる。この場合、コンプレッサ９の圧縮比を適宜調整することで、前記受圧室４９に供給する空気圧の調整が容易に行え、前記スリーブ２７の摺動特性を向上させることができる。   In the amplifying nozzle 4 of the present embodiment, the pressure behavior downstream of the compressor 9 and the pressure behavior downstream of the hydrogen pressure regulating valve 2 are substantially the same, so that an appropriate spring constant is applied to the spring 28 that biases the sleeve 27. By using one, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment shown in FIGS. In this case, by appropriately adjusting the compression ratio of the compressor 9, the air pressure supplied to the pressure receiving chamber 49 can be easily adjusted, and the sliding characteristics of the sleeve 27 can be improved.

なお、本実施の形態は、前記した図６から図８に示した各形状の孔３１、３２、３３を有したスリーブ２７構造を持つ増幅ノズル４にも適用することができる。   The present embodiment can also be applied to the amplifying nozzle 4 having the sleeve 27 structure having the holes 31, 32, 33 having the respective shapes shown in FIGS.

図１８及び図１９は、図１２に示す実施の形態６の増幅ノズル４に対して、コンプレッサ９で圧縮した空気を噴出し室４２とは独立の部屋として設けられた受圧室４６に分岐管５０を接続し、その分岐管５０に、コンプレッサ９で圧縮した空気を送り込むことで、前記受圧部２９に加圧を加えて回転スリーブ３９を回転させる。このように構成された増幅ノズル４は、前記した図１６及び図１７に示す増幅ノズル４と同様の効果がある。   18 and FIG. 19 show a branch pipe 50 in a pressure receiving chamber 46 provided as a chamber independent of the ejection chamber 42 from the air compressed by the compressor 9 with respect to the amplification nozzle 4 of the sixth embodiment shown in FIG. Are connected, and air compressed by the compressor 9 is fed into the branch pipe 50 to apply pressure to the pressure receiving portion 29 to rotate the rotating sleeve 39. The amplification nozzle 4 configured as described above has the same effect as the amplification nozzle 4 shown in FIGS.

［実施の形態８］
実施の形態８の増幅ノズルは、図５で示した実施の形態２の増幅ノズルに対してオリフィス可変手段の構成を異にする。この実施の形態のオリフィス可変手段は、図２０に示すように、摺動孔３０内でスライド自在とされたスリーブ２７に電動アクチュエータ５２を取り付け、その電動アクチュエータ５２によって前記スリーブ２７をスライド自在とした構成としている。なお、この実施の形態では、スリーブ２７には、水素タンク１からの水素又はコンプレッサ９からの空気を受圧部２９に供給する必要が無いため、当該受圧部２９とバネ２８は不要である。 [Embodiment 8]
The amplification nozzle of the eighth embodiment differs from the amplification nozzle of the second embodiment shown in FIG. In the orifice varying means of this embodiment, as shown in FIG. 20, an electric actuator 52 is attached to a sleeve 27 that is slidable in the sliding hole 30, and the sleeve 27 is slidable by the electric actuator 52. It is configured. In this embodiment, the sleeve 27 does not need to supply hydrogen from the hydrogen tank 1 or air from the compressor 9 to the pressure receiving portion 29, so that the pressure receiving portion 29 and the spring 28 are unnecessary.

このように構成された増幅ノズル４では、電動アクチュエータ５２によってスリーブ２７をスライドさせてオリフィス２２の噴出し口２２Ａの開口面積を自由に可変することができるため、図５に示す実施の形態２と同様の作用効果を得ることができる。特に、電動アクチュエータ５２によってスリーブ２７をスライド自在としたことで、該電動アクチュエータ５２への電流値の制御により細かなスライド制御を実現することができる。   In the amplification nozzle 4 configured as described above, the sleeve 27 can be slid by the electric actuator 52 and the opening area of the ejection port 22A of the orifice 22 can be freely changed, so that the second embodiment shown in FIG. Similar effects can be obtained. In particular, by making the sleeve 27 slidable by the electric actuator 52, fine slide control can be realized by controlling the current value to the electric actuator 52.

なお、本実施の形態は、前記した図６から図８に示した各形状の孔３１、３２、３３を有したスリーブ２７構造を持つ増幅ノズル４にも適用することができる。   The present embodiment can also be applied to the amplifying nozzle 4 having the sleeve 27 structure having the holes 31, 32, 33 having the respective shapes shown in FIGS.

図２１は、図１２で示した実施の形態６の増幅ノズルに対してオリフィス可変手段の構成を異にした増幅ノズル４である。この実施の形態のオリフィス可変手段は、回転スリーブ３９に電動アクチュエータ５２を取り付け、その電動アクチュエータ５２によって前記回転スリーブ３９を回転自在とした構成としている。なお、この実施の形態では、先の実施の形態と同様、受圧部２９とバネ２８は不要である。   FIG. 21 shows an amplification nozzle 4 in which the configuration of the orifice variable means is different from that of the amplification nozzle of the sixth embodiment shown in FIG. In the orifice variable means of this embodiment, an electric actuator 52 is attached to a rotating sleeve 39, and the rotating sleeve 39 is rotatable by the electric actuator 52. In this embodiment, the pressure receiving portion 29 and the spring 28 are unnecessary as in the previous embodiment.

このように構成された増幅ノズル４では、電動アクチュエータ５２によって回転スリーブ３９を回転させて噴出し口２２Ａの開口面積を自由に可変することができるため、図１２に示す実施の形態６と同様の作用効果を得ることができる。   In the amplification nozzle 4 configured as described above, since the rotary sleeve 39 can be rotated by the electric actuator 52 and the opening area of the ejection port 22A can be freely changed, the same as in the sixth embodiment shown in FIG. An effect can be obtained.

なお、本実施の形態では、図１３（Ｂ）で示した回転スリーブ３９を使用することもできる。   In the present embodiment, the rotating sleeve 39 shown in FIG. 13B can also be used.

［実施の形態９］
実施の形態９は、水素循環流路を流れる水素のガス密度から前記燃料電池スタックへ供給する必要水素量を求め、その必要水素流量に応じて前記増幅ノズルの噴出し口の開口面積を増加減させる制御手段を備えた燃料電池システムの例である。 [Embodiment 9]
In the ninth embodiment, the amount of hydrogen to be supplied to the fuel cell stack is obtained from the density of hydrogen flowing through the hydrogen circulation passage, and the opening area of the outlet of the amplification nozzle is increased or decreased according to the required hydrogen flow rate. It is an example of the fuel cell system provided with the control means to be made.

本実施の形態の燃料電池システムでは、図２２に示すように、図１に示した実施の形態１の燃料電池システムに対して、水素循環流路１１に圧力センサ５３と水素濃度センサ５４とを設けている点で相違する。先ず、水素循環流路１１を流れる水素のガス密度から燃料電池スタック６へ供給する必要水素流量を求め、その必要水素流量に応じて前記増幅ノズル４の噴出し口２２Ａの開口面積を増加減させる制御について説明する。   In the fuel cell system of the present embodiment, as shown in FIG. 22, a pressure sensor 53 and a hydrogen concentration sensor 54 are provided in the hydrogen circulation channel 11 compared to the fuel cell system of the first embodiment shown in FIG. 1. It differs in that it is provided. First, the required hydrogen flow rate to be supplied to the fuel cell stack 6 is obtained from the gas density of the hydrogen flowing through the hydrogen circulation channel 11, and the opening area of the ejection port 22A of the amplification nozzle 4 is increased or decreased according to the required hydrogen flow rate. The control will be described.

図２２において水素の流れは、水素タンク１からの水素が水素調圧弁２により調圧された後、増幅ノズル４へと流入し、水素供給流路１７を通過して燃料電池スタック６に入り消費される。一方、燃料電池スタック６での反応に使用されなかった未反応水素が水素循環流路１１へと排出され、水素循環ポンプ１５で昇圧された後、増幅ノズル４で昇圧されながら水素タンク１からの供給水素と合流する（混合される）。   In FIG. 22, the hydrogen flow from the hydrogen tank 1 is regulated by the hydrogen pressure regulating valve 2, then flows into the amplification nozzle 4, passes through the hydrogen supply flow path 17, and enters the fuel cell stack 6. Is done. On the other hand, unreacted hydrogen that has not been used for the reaction in the fuel cell stack 6 is discharged to the hydrogen circulation passage 11, and after being pressurized by the hydrogen circulation pump 15, the pressure from the hydrogen tank 1 is increased by the amplification nozzle 4. Merge (mixed) with feed hydrogen.

このとき、燃料電池スタック６に必要な水素流量は、発電に費やされる水素量よりも若干多く、水素供給流路１７には水素タンク１からの供給水素と水素循環流路１１からの未反応水素の両方が流れている。水素供給流路３と水素循環流路１１を流れる水素のすべてが、前記燃料電池スタック６への水素供給流路１７に流れ込むわけではなく、当該水素供給流路１７に流れ込む量は、前記水素供給流路３から増幅ノズル４に入る隙間の大きさによって閉塞（チョーク）する流量が変化し、また、その隙間からの負圧発生量によって水素循環流路１１の水素を吸い込む量も変化するため、増幅ノズル４の水素噴出し量によって左右される。   At this time, the hydrogen flow rate required for the fuel cell stack 6 is slightly larger than the amount of hydrogen consumed for power generation, and the hydrogen supply channel 17 includes hydrogen supplied from the hydrogen tank 1 and unreacted hydrogen from the hydrogen circulation channel 11. Both are flowing. Not all of the hydrogen flowing through the hydrogen supply flow path 3 and the hydrogen circulation flow path 11 flows into the hydrogen supply flow path 17 to the fuel cell stack 6, but the amount flowing into the hydrogen supply flow path 17 depends on the hydrogen supply flow path 17. The flow rate of choking (chalking) changes depending on the size of the gap entering the amplification nozzle 4 from the flow path 3, and the amount of sucking hydrogen in the hydrogen circulation flow path 11 also changes depending on the amount of negative pressure generated from the gap, It depends on the hydrogen ejection amount of the amplification nozzle 4.

そして、燃料電池スタック６に必要な水素量は、消費電力から計算可能であることから、水素循環流路１１を流れる水素流量が判れば、燃料電池スタック６での水素消費量に対する供給水素の過不足状態が把握でき、前記水素供給流路１７に流す適切な水素流量が判る。また、この流量は、増幅ノズル管１８の管径が既知であることから、密度を計測することで計算できる。   Since the amount of hydrogen necessary for the fuel cell stack 6 can be calculated from the power consumption, if the flow rate of hydrogen flowing through the hydrogen circulation passage 11 is known, the excess of the supplied hydrogen with respect to the amount of hydrogen consumed in the fuel cell stack 6 is determined. The shortage state can be grasped, and an appropriate hydrogen flow rate to flow through the hydrogen supply channel 17 can be known. Further, this flow rate can be calculated by measuring the density because the diameter of the amplification nozzle tube 18 is known.

増幅ノズル４と燃料電池スタック６とを結ぶ水素供給流路１７の流量を決定するのは、増幅ノズル４からの噴出し量であるから、水素循環流路１１の流量に応じて、前記増幅ノズル４からの噴出し量を適切に制御することで、アノード循環系の水素流量を適切な量に保つことができる。   The flow rate of the hydrogen supply flow path 17 connecting the amplification nozzle 4 and the fuel cell stack 6 is determined by the amount of ejection from the amplification nozzle 4, so that the amplification nozzle according to the flow rate of the hydrogen circulation flow path 11. By appropriately controlling the ejection amount from 4, the hydrogen flow rate in the anode circulation system can be maintained at an appropriate amount.

図２３は、上述した制御のフローチャートである。このフローチャートは、制御手段であるコントロールユニット１６の指令によってスタートし、ステップＳ１の処理で、水素循環流路１１のガス密度を計算する。ガス密度の計算は、圧力センサ５３と水素濃度センサ５４からの出力値をコントロールユニット１６が検出し、それを基に計算を行う。次に、ステップＳ２の処理では、一定ステップでのガス密度の変化割合を監視し、その変化割合に対してある閾値を設定し、その閾値以上か否かを判断する。閾値以上であれば、ステップＳ３の処理に進み、スリーブ２７或いは回転スリーブ３９を摺動させる。ガス密度変化が前記閾値未満であれば、ステップＳ１の処理を繰り返す。   FIG. 23 is a flowchart of the control described above. This flowchart is started by a command from the control unit 16 as a control means, and the gas density of the hydrogen circulation passage 11 is calculated in the process of step S1. The gas density is calculated based on the output values from the pressure sensor 53 and the hydrogen concentration sensor 54 detected by the control unit 16. Next, in the process of step S2, the change rate of the gas density in a certain step is monitored, a threshold value is set for the change rate, and it is determined whether or not the threshold value is exceeded. If it is equal to or greater than the threshold value, the process proceeds to step S3, and the sleeve 27 or the rotating sleeve 39 is slid. If the change in gas density is less than the threshold, the process of step S1 is repeated.

次に、水素循環流路を流れるガス密度の計算方法について説明する。ガス密度を計算するには、燃料電池スタック６から排出された未反応水素を増幅ノズル４に供給させる水素循環ポンプ１５の回転数と消費電力から求める。かかる方法は、コントロールユニット１６で、水素循環ポンプ１５の消費電力と回転数を計測する。消費電力から、ポンプ回転トルクが求まることから、トルクと回転数の関係より水素循環流路１１を流れるガス密度が予想できる。   Next, a method for calculating the density of gas flowing through the hydrogen circulation channel will be described. In order to calculate the gas density, the gas density is obtained from the rotation speed and power consumption of the hydrogen circulation pump 15 that supplies unreacted hydrogen discharged from the fuel cell stack 6 to the amplification nozzle 4. In this method, the control unit 16 measures the power consumption and the rotational speed of the hydrogen circulation pump 15. Since the pump rotational torque is obtained from the power consumption, the density of the gas flowing through the hydrogen circulation passage 11 can be predicted from the relationship between the torque and the rotational speed.

この他、水素循環流路１１に設けた温度センサ１４と圧力センサ５３から燃料電池スタック６から排出される未反応水素の温度と圧力を元に、ガス密度を求める方法もある。この方法では、水素循環流路１１に設けた温度センサ１４と圧力センサ５３からの検出値をコントロールユニット１６で読み込み、この値より、水素循環流路１１のガス密度を計算する。   In addition, there is a method of obtaining the gas density based on the temperature and pressure of unreacted hydrogen discharged from the fuel cell stack 6 from the temperature sensor 14 and the pressure sensor 53 provided in the hydrogen circulation channel 11. In this method, the detected values from the temperature sensor 14 and the pressure sensor 53 provided in the hydrogen circulation channel 11 are read by the control unit 16, and the gas density of the hydrogen circulation channel 11 is calculated from these values.

また、この他、水素循環流路１１に設けた温度センサ１４、圧力センサ５３及び水素濃度センサ５４からガス密度を求める方法もある。水素循環流路１１を流れる流体は、水素のみではなく、燃料電池スタック６のカソードで生成し、逆拡散によってアノードから排出される水蒸気と、カソードからアノードへ通過してくる窒素も存在する。   In addition, there is a method of obtaining the gas density from the temperature sensor 14, the pressure sensor 53, and the hydrogen concentration sensor 54 provided in the hydrogen circulation channel 11. The fluid flowing through the hydrogen circulation channel 11 includes not only hydrogen but also water vapor generated from the cathode of the fuel cell stack 6 and exhausted from the anode by back diffusion and nitrogen passing from the cathode to the anode.

そこで、水素循環流路１１に水素濃度センサ５４を追加し、当該水素循環流路１１を流れる水素濃度を検出し、コントロールユニット１６で監視する。さらに、水素循環流路１１を流れる水蒸気圧を飽和水蒸気圧と仮定すると、温度センサ１４及び圧力センサ５３の検出値から、水素循環流路１１の混合ガスの圧力と温度が計測されていることから、圧力バランスによって、水素分圧が計算でき、管径から水素の密度を求めることができる。この計算をコントロールユニット１６によって行うことで、温度及び圧力からのガス密度を求める方法よりも精度良く水素密度を求めることができる。   Therefore, a hydrogen concentration sensor 54 is added to the hydrogen circulation channel 11, and the concentration of hydrogen flowing through the hydrogen circulation channel 11 is detected and monitored by the control unit 16. Furthermore, assuming that the water vapor pressure flowing through the hydrogen circulation channel 11 is the saturated water vapor pressure, the pressure and temperature of the mixed gas in the hydrogen circulation channel 11 are measured from the detection values of the temperature sensor 14 and the pressure sensor 53. The hydrogen partial pressure can be calculated from the pressure balance, and the hydrogen density can be determined from the tube diameter. By performing this calculation by the control unit 16, the hydrogen density can be obtained with higher accuracy than the method of obtaining the gas density from the temperature and pressure.

このように、本実施の形態によれば、水素循環流路１１のガス密度を求めることで、ある運転条件における該水素循環流路１１に必要な循環流量を計算し、必要な循環流量になるように、増幅ノズル４の噴出し口２２Ａの大きさを制御することで、常に最適な循環流量を保つことができる。   As described above, according to the present embodiment, by calculating the gas density of the hydrogen circulation channel 11, the circulation flow rate necessary for the hydrogen circulation channel 11 under a certain operating condition is calculated, and the necessary circulation flow rate is obtained. As described above, by controlling the size of the ejection port 22A of the amplification nozzle 4, it is possible to always maintain the optimum circulation flow rate.

また、本実施の形態によれば、水素循環流路１１のガス密度を、循環ポンプ１５の消費電力からトルクを求め、これとポンプ回転数の関係からガス密度を求めることができる。   Further, according to the present embodiment, the gas density of the hydrogen circulation passage 11 can be obtained from the power consumption of the circulation pump 15, and the gas density can be obtained from the relationship between this and the pump rotation speed.

また、本実施の形態によれば、水素循環流路１１の温度と圧力とを計測することで、水素循環流路１１中のガスの密度を見積もることができる。   Moreover, according to this Embodiment, the density of the gas in the hydrogen circulation flow path 11 can be estimated by measuring the temperature and pressure of the hydrogen circulation flow path 11.

また、本実施の形態によれば、水素循環流路の温度、圧力の計測に加え、水素濃度を計測し、さらに水蒸気を相対湿度１００％と仮定することで、水素循環流路１１中の水素のガス密度を見積もることができる。   Further, according to the present embodiment, in addition to the measurement of the temperature and pressure of the hydrogen circulation channel, the hydrogen concentration is measured, and further, the water vapor is assumed to have a relative humidity of 100%. Gas density can be estimated.

実施の形態１における燃料電池システムを示す全体システム図である。1 is an overall system diagram showing a fuel cell system in Embodiment 1. FIG. 実施の形態１における増幅ノズルを示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図である。The amplification nozzle in Embodiment 1 is shown, (A) is a longitudinal cross-sectional view, (B) is a cross-sectional view. 燃料電池負荷と増幅ノズル昇圧量の関係を示す特性図を示す。The characteristic view which shows the relationship between fuel cell load and amplification nozzle pressure | voltage rise amount is shown. 実施の形態１における増幅ノズルの他の例を示す縦断面図である。FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing another example of the amplification nozzle in the first embodiment. 実施の形態２における増幅ノズルの縦断面図である。6 is a longitudinal sectional view of an amplification nozzle according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態２における他の例の増幅ノズルを示し、（Ａ）は増幅ノズルの縦断面図、（Ｂ）はスリーブの斜視図である。The amplification nozzle of the other example in Embodiment 2 is shown, (A) is a longitudinal cross-sectional view of an amplification nozzle, (B) is a perspective view of a sleeve. 実施の形態２におけるさらに他の例の増幅ノズルを示し、（Ａ）は増幅ノズルの縦断面図、（Ｂ）はスリーブの斜視図である。The amplification nozzle of the further another example in Embodiment 2 is shown, (A) is a longitudinal cross-sectional view of an amplification nozzle, (B) is a perspective view of a sleeve. 実施の形態２におけるさらに他の例の増幅ノズルのスリーブの斜視図である。10 is a perspective view of a sleeve of an amplification nozzle of still another example in the second embodiment. FIG. 実施の形態３における増幅ノズルの縦断面図である。6 is a longitudinal sectional view of an amplification nozzle according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態４における増幅ノズルの縦断面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional view of an amplification nozzle in a fourth embodiment. 実施の形態５における増幅ノズルの縦断面図である。FIG. 9 is a longitudinal sectional view of an amplification nozzle in a fifth embodiment. 実施の形態６における増幅ノズルを示し、（Ａ）は増幅ノズルの縦断面図、（Ｂ）は横断面図である。The amplification nozzle in Embodiment 6 is shown, (A) is a longitudinal cross-sectional view of an amplification nozzle, (B) is a cross-sectional view. 実施の形態６における増幅ノズルのスリーブの他の例を示す斜視図である。FIG. 20 is a perspective view showing another example of an amplification nozzle sleeve according to the sixth embodiment. 実施の形態６における他の例の増幅ノズルを示す横断面図である。FIG. 10 is a transverse sectional view showing another example of an amplification nozzle in the sixth embodiment. 図１４の増幅ノズルの任意断面を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the arbitrary cross sections of the amplification nozzle of FIG. 実施の形態７における燃料電池システムを示す全体システム図である。FIG. 10 is an overall system diagram showing a fuel cell system in a seventh embodiment. 実施の形態７における増幅ノズルの縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view of an amplification nozzle in a seventh embodiment. 実施の形態７における他の例の増幅ノズルを示す横断面図である。FIG. 20 is a transverse sectional view showing another example of an amplification nozzle in the seventh embodiment. 図１８の増幅ノズルの任意断面を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the arbitrary cross sections of the amplification nozzle of FIG. 実施の形態８における増幅ノズルの縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view of an amplification nozzle in an eighth embodiment. 実施の形態８における他の例の増幅ノズルを示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図である。The amplification nozzle of the other example in Embodiment 8 is shown, (A) is a longitudinal cross-sectional view, (B) is a cross-sectional view. 実施の形態９における燃料電池システムを示す全体システム図である。FIG. 10 is an overall system diagram showing a fuel cell system in a ninth embodiment. 実施の形態９における燃料電池システムにおいて、増幅ノズルからの噴出し量を制御するフローチャートである。14 is a flowchart for controlling the amount of ejection from an amplification nozzle in the fuel cell system according to Embodiment 9.

符号の説明Explanation of symbols

１ 水素タンク
２ 水素調圧弁
３，１７ 水素供給流路
４ 増幅ノズル
５ 水素圧力センサ
６ 燃料電池スタック
７ 空気調圧弁
８ 空気圧力センサ
９ コンプレッサ
１０ 空気供給流路
１１ 水素循環流路
１２ ２重コイル電磁弁
１３ 排出流路
１４ 温度センサ
１５ 循環ポンプ
１６ コントロールユニット（制御手段）
１８ 増幅ノズル管
１９ 主流路
２０ 絞り部
２１ 副流路
２２，２３ オリフィス
２２Ａ、２３Ａ 噴出し口
２４ 第１流路
２５ 第２流路
２６，３６，４８ 三方弁
２７ スリーブ（スライド部材）
２８ バネ
２９ 受圧部
３１，３２，３３ 孔
３４，５０，５１ 分岐管
３５，４７ 導入管
３７ ダイアフラム
３９ 回転スリーブ（円筒状回転部材）
４２ 噴出し室
４３ バネ収容室
４６，４９ 受圧室
５２ 電動アクチュエータ
５３ 圧力センサ
５４ 水素濃度センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydrogen tank 2 Hydrogen pressure regulation valve 3, 17 Hydrogen supply flow path 4 Amplification nozzle 5 Hydrogen pressure sensor 6 Fuel cell stack 7 Air pressure regulation valve 8 Air pressure sensor 9 Compressor 10 Air supply flow path 11 Hydrogen circulation flow path 12 Double coil electromagnetic Valve 13 Discharge flow path 14 Temperature sensor 15 Circulation pump 16 Control unit (control means)
18 Amplification nozzle pipe 19 Main flow path 20 Restriction section 21 Sub flow paths 22, 23 Orifices 22A, 23A Ejection port 24 First flow path 25 Second flow paths 26, 36, 48 Three-way valve 27 Sleeve (slide member)
28 Spring 29 Pressure receiving portion 31, 32, 33 Hole 34, 50, 51 Branch pipe 35, 47 Introduction pipe 37 Diaphragm 39 Rotating sleeve (cylindrical rotating member)
42 Jet chamber 43 Spring accommodating chambers 46, 49 Pressure receiving chamber 52 Electric actuator 53 Pressure sensor 54 Hydrogen concentration sensor

Claims (21)

一方向から他方向へ第１の流体が流れる主流路の流れ方向に略直交する方向から第２の流体を前記主流路に繋がる副流路よりオリフィスを介して前記主流路に供給してこれら第１及び第２の流体の混合流体を昇圧させる増幅ノズルにおいて、
前記オリフィスの噴出し口の開口面積を、前記主流路の流路径よりも小さく且つ段階的に増加減自在とするオリフィス可変手段を備えた
ことを特徴とする増幅ノズル。 The second fluid is supplied to the main flow channel from the sub flow channel connected to the main flow channel through the orifice from the direction substantially orthogonal to the flow direction of the main flow channel through which the first fluid flows from one direction to the other direction. In the amplification nozzle that pressurizes the mixed fluid of the first fluid and the second fluid,
An amplification nozzle comprising orifice variable means for making the opening area of the orifice outlet of the orifice smaller than the diameter of the main channel and increasing and decreasing stepwise. 請求項１に記載の増幅ノズルであって、
前記オリフィス可変手段は、
開口面積が異なる少なくとも大小２つの噴出し口と、
前記副流路に接続され、前記大きい方の噴出し口に接続される第１流路と、
前記副流路に接続され、前記小さい方の噴出し口に接続される第２流路と、
前記第２の流体を選択的に前記第１流路又は前記第２流路に供給する三方弁とからなる
ことを特徴とする増幅ノズル。 The amplification nozzle according to claim 1,
The orifice varying means is
At least two large and small spouts with different opening areas;
A first flow path connected to the secondary flow path and connected to the larger outlet;
A second flow path connected to the sub flow path and connected to the smaller outlet;
An amplification nozzle comprising: a three-way valve that selectively supplies the second fluid to the first flow path or the second flow path. 請求項１に記載の増幅ノズルであって、
前記オリフィス可変手段は、
前記主流路の外周囲において前記混合流体の流れ方向にスライド自在とされ、前記噴出し口を開閉してその開口面積を増加減させるスライド部材と、
前記スライド部材を、前記噴出し口の開口面積が減少する方向に常時付勢するバネと、
前記バネの付勢力に抗して前記スライド部材を、前記副流路から供給される第２の流体又は空気供給手段から供給される空気を受けることで前記噴出し口の開口面積が増加する方向にスライドさせる力を発生させる受圧部とからなる
ことを特徴とする増幅ノズル。 The amplification nozzle according to claim 1,
The orifice varying means is
A slide member that is slidable in the flow direction of the mixed fluid in the outer periphery of the main flow path, opens and closes the ejection port, and increases or decreases the opening area;
A spring that constantly biases the slide member in a direction in which the opening area of the ejection port decreases;
A direction in which the opening area of the ejection port increases by receiving the air supplied from the second fluid supplied from the sub-flow path or the air supply means against the biasing force of the spring. An amplifying nozzle comprising: a pressure receiving portion that generates a force for sliding on the nozzle. 請求項１に記載の増幅ノズルであって、
前記オリフィス可変手段は、
前記主流路の外周囲において前記混合流体の流れ方向にスライド自在とされ、前記噴出し口を開閉してその開口面積を増加減させるスライド部材と、
前記スライド部材をスライド自在とする電動アクチュエータとからなる
ことを特徴とする増幅ノズル。 The amplification nozzle according to claim 1,
The orifice varying means is
A slide member that is slidable in the flow direction of the mixed fluid in the outer periphery of the main flow path, opens and closes the ejection port, and increases or decreases the opening area;
An amplification nozzle comprising an electric actuator that allows the slide member to slide. 請求項３に記載の増幅ノズルであって、
前記副流路から分岐して前記混合流体が流れる前記主流路の下流に連通する分岐管と、
前記受圧部に前記第２の流体を供給する導入管と、
前記副流路からの前記第２の流体を選択的に前記分岐管又は前記導入管に供給する三方弁とを備えた
ことを特徴とする増幅ノズル。 The amplification nozzle according to claim 3,
A branch pipe branched from the sub-flow path and communicating with the downstream of the main flow path through which the mixed fluid flows;
An introduction pipe for supplying the second fluid to the pressure receiving portion;
An amplification nozzle comprising: a three-way valve that selectively supplies the second fluid from the sub-flow path to the branch pipe or the introduction pipe. 請求項３または請求項５に記載の増幅ノズルであって、
前記受圧部は、一端部を前記スライド部材に固定し、他端部をノズル管壁に固定したダイアフラムである
ことを特徴とする増幅ノズル。 The amplification nozzle according to claim 3 or 5, wherein
The pressure receiving part is a diaphragm having one end fixed to the slide member and the other end fixed to a nozzle tube wall. 請求項３から請求項６の何れか一つに記載の増幅ノズルであって、
前記スライド部材は、円筒形状のスリーブからなる
ことを特徴とする増幅ノズル。 The amplification nozzle according to any one of claims 3 to 6,
The amplification nozzle, wherein the slide member is formed of a cylindrical sleeve. 請求項７に記載の増幅ノズルであって、
前記スリーブの前記噴出し口と対応する位置に、該噴出し口よりも小さな開口面積とされた異なる大きさの孔が前記混合流体の流れ方向に沿って複数配列されている
ことを特徴とする増幅ノズル。 The amplification nozzle according to claim 7,
A plurality of holes of different sizes having an opening area smaller than the ejection port are arranged at positions corresponding to the ejection port of the sleeve along the flow direction of the mixed fluid. Amplification nozzle. 請求項７に記載の増幅ノズルであって、
前記スリーブの前記噴出し口と対応する位置に、該噴出し口よりも小さな開口面積とされると共に前記混合流体の流れ方向に沿って開口面積が次第に減少する孔が形成されている
ことを特徴とする増幅ノズル。 The amplification nozzle according to claim 7,
A hole is formed at a position corresponding to the ejection port of the sleeve so that the opening area is smaller than the ejection port and the opening area gradually decreases along the flow direction of the mixed fluid. Amplification nozzle. 請求項７に記載の増幅ノズルであって、
前記スリーブの前記噴出し口と対応する位置に、該噴出し口よりも小さな開口面積とされると共に前記混合流体の流れ方向に沿って長さの異なるスリットが複数配列されて形成されている
ことを特徴とする増幅ノズル。 The amplification nozzle according to claim 7,
A plurality of slits having an opening area smaller than the ejection port and having different lengths along the flow direction of the mixed fluid are formed at positions corresponding to the ejection port of the sleeve. Amplification nozzle characterized by. 請求項１に記載の増幅ノズルであって、
前記オリフィス可変手段は、
ノズル管内部において該ノズル管の中心軸を回転中心として所定回転角度内で回転自在とされ、その周面の一部に該主流路と連通する前記オリフィスの噴出し口となる孔が形成された円筒状回転部材と、
前記円筒状回転部材を、前記ノズル管の壁面で塞がれることにより前記噴出し口となる孔の開口面積が減少する方向に常時付勢するバネと、
前記バネの付勢力に抗して前記円筒状回転部材を、前記副流路から供給される第２の流体を受けることで又は空気供給手段から供給される空気を受けることで前記噴出し口となる孔の開口面積が増加する方向に回転させる力を発生させる受圧部とからなる
ことを特徴とする増幅ノズル。 The amplification nozzle according to claim 1,
The orifice varying means is
Inside the nozzle tube, the nozzle tube is rotatable within a predetermined rotation angle with the central axis of the nozzle tube as a center of rotation, and a hole serving as an outlet of the orifice communicating with the main channel is formed in a part of the peripheral surface thereof. A cylindrical rotating member;
A spring that constantly biases the cylindrical rotating member in a direction in which the opening area of the hole serving as the ejection port decreases by being blocked by the wall surface of the nozzle tube;
The ejection port is configured to receive the second fluid supplied from the sub-flow path or the air supplied from the air supply means to the cylindrical rotating member against the urging force of the spring. An amplifying nozzle comprising: a pressure receiving portion that generates a force for rotating in a direction in which the opening area of the hole increases. 請求項１に記載の増幅ノズルであって、
前記オリフィス可変手段は、
ノズル管内部において該ノズル管の中心軸を回転中心として所定回転角度内で回転自在とされ、その周面の一部に該主流路と連通する前記オリフィスの噴出し口となる孔が形成された円筒状回転部材と、
前記円筒状回転部材を回転させて前記ノズル管の壁面で前記噴出し口となる孔を塞いで該噴出し口の開口面積を増加減させる電動アクチュエータとからなる
ことを特徴とする増幅ノズル。 The amplification nozzle according to claim 1,
The orifice varying means is
Inside the nozzle tube, the nozzle tube is rotatable within a predetermined rotation angle with the central axis of the nozzle tube as a center of rotation, and a hole serving as an outlet of the orifice communicating with the main channel is formed in a part of the peripheral surface thereof. A cylindrical rotating member;
An amplification nozzle comprising: an electric actuator that rotates the cylindrical rotating member to close a hole serving as the ejection port on a wall surface of the nozzle tube to increase or decrease an opening area of the ejection port. 請求項１１または請求項１２に記載の増幅ノズルであって、
前記噴出し口となる孔は、前記円筒状回転部材の回転方向に沿ってその開口面積が次第に減少する孔として形成された
ことを特徴とする増幅ノズル。 The amplification nozzle according to claim 11 or 12,
The amplification nozzle, wherein the hole serving as the ejection port is formed as a hole whose opening area gradually decreases along the rotation direction of the cylindrical rotating member. 請求項１１または請求項１２に記載の増幅ノズルであって、
前記噴出し口となる孔は、前記円筒状回転部材の回転方向に沿って長さの異なるスリットが複数配列されて形成された
ことを特徴とする増幅ノズル。 The amplification nozzle according to claim 11 or 12,
The amplification nozzle, wherein the hole serving as the ejection port is formed by arranging a plurality of slits having different lengths along a rotation direction of the cylindrical rotating member. 請求項１１、１３または１４の何れかに記載の増幅ノズルであって、
前記副流路から分岐して前記混合流体が流れる前記主流路の下流に連通する分岐管と、
前記副流路から前記第２の流体が前記噴出し口となる孔に供給される噴出し室とは独立して設けられた受圧室に供給されて前記受圧部に該第２の流体を受圧させる導入管と、
前記副流路からの前記第２の流体を選択的に前記分岐管又は前記導入管に供給する三方弁とを備えた
ことを特徴とする増幅ノズル。 An amplification nozzle according to any of claims 11, 13 or 14,
A branch pipe branched from the sub-flow path and communicating with the downstream of the main flow path through which the mixed fluid flows;
The second fluid is supplied from the sub-flow channel to a pressure receiving chamber provided independently of the ejection chamber to be supplied to the hole serving as the ejection port, and receives the second fluid in the pressure receiving portion. An introduction tube to let
An amplification nozzle comprising: a three-way valve that selectively supplies the second fluid from the sub-flow path to the branch pipe or the introduction pipe. 請求項３、５〜１１、１３〜１５の何れか一つに記載の増幅ノズルであって、
前記バネは、熱感度のある非線形バネからなる
ことを特徴とする増幅ノズル。 The amplification nozzle according to any one of claims 3, 5 to 11, and 13 to 15,
The amplification nozzle, wherein the spring is a non-linear spring having heat sensitivity. 請求項１から請求項１６の何れか一つに記載される増幅ノズルと、
水素と酸素の反応で発電する燃料電池スタックと、
周囲の空気を吸込み加圧して前記燃料電池スタックに吐出供給する空気供給手段と、
前記燃料電池スタックに供給する水素を溜めておく水素貯蔵手段と、
前記水素貯蔵手段から前記燃料電池スタックへと水素を供給させる水素供給流路と、
前記燃料電池スタックから排出される未反応水素を、再度燃料電池スタックに戻す水素循環流路とを備え、
前記水素供給流路を、前記増幅ノズルの前記副流路に接続すると共に、前記水素循環流路を、前記増幅ノズルの前記主流路上流側に接続した
ことを特徴とする燃料電池システム。 Amplifying nozzle according to any one of claims 1 to 16,
A fuel cell stack that generates electricity by the reaction of hydrogen and oxygen;
Air supply means for sucking and pressurizing ambient air and supplying it to the fuel cell stack;
Hydrogen storage means for storing hydrogen to be supplied to the fuel cell stack;
A hydrogen supply channel for supplying hydrogen from the hydrogen storage means to the fuel cell stack;
A hydrogen circulation passage for returning unreacted hydrogen discharged from the fuel cell stack to the fuel cell stack again,
The fuel cell system, wherein the hydrogen supply flow path is connected to the sub flow path of the amplification nozzle, and the hydrogen circulation flow path is connected to the upstream side of the main flow path of the amplification nozzle. 請求項１７に記載の燃料電池システムであって、
前記水素循環流路を流れる水素のガス密度から前記燃料電池スタックへ供給する必要水素流量を求め、その必要水素流量に応じて前記増幅ノズルの前記噴出し口の開口面積を増加減させる制御手段を備えた
ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 17, wherein
A control means for obtaining a required hydrogen flow rate to be supplied to the fuel cell stack from a gas density of hydrogen flowing through the hydrogen circulation flow path, and increasing or decreasing an opening area of the ejection port of the amplification nozzle according to the required hydrogen flow rate; A fuel cell system comprising: 請求項１８に記載の燃料電池システムであって、
前記水素循環流路を流れる水素のガス密度を、前記燃料電池スタックから排出された未反応水素を前記増幅ノズルに供給させる水素循環ポンプの回転数と消費電力から求める
ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 18, wherein
A fuel cell system characterized in that the gas density of hydrogen flowing through the hydrogen circulation channel is obtained from the rotational speed and power consumption of a hydrogen circulation pump that supplies unreacted hydrogen discharged from the fuel cell stack to the amplification nozzle. . 請求項１８に記載の燃料電池システムであって、
前記水素循環流路を流れる水素のガス密度を、前記水素循環流路に設けた温度センサと圧力センサから前記燃料電池スタックから排出される未反応水素の温度と圧力を元に求める
ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 18, wherein
The gas density of hydrogen flowing through the hydrogen circulation channel is obtained based on the temperature and pressure of unreacted hydrogen discharged from the fuel cell stack from a temperature sensor and a pressure sensor provided in the hydrogen circulation channel. Fuel cell system. 請求項１８に記載の燃料電池システムであって、
前記水素循環流路を流れる水素のガス密度を、前記水素循環流路に設けた温度センサ、圧力センサ及び濃度センサから前記燃料電池スタックから排出される未反応水素の温度、圧力及び濃度を元に求める
ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 18, wherein
Based on the temperature, pressure and concentration of unreacted hydrogen discharged from the fuel cell stack from the temperature sensor, pressure sensor and concentration sensor provided in the hydrogen circulation channel, the gas density of hydrogen flowing through the hydrogen circulation channel is determined. What is required is a fuel cell system.
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