JP2010242508A - エゼクタ装置およびエゼクタ装置を用いた燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】流通路内12を流れる第1流体14がノズル部16を通過する吸引力で、第2流体18を取り込み供給するエゼクタ装置10であって、エゼクタ装置は感圧室20、開口調整部26、第1流体流量を調整する流量調整弁30を備え、第1流体の圧力が無圧時には他方側がノズル部に当接ニードル28と、感圧室内および感圧室外の少なくとも一方に配設された付勢部材34を有し、第1流体が流れる際、第1流体の流量による圧力と感圧室内の圧力との差によって生ずる伸縮作用によりニードルを変位させ、開口を形成するよう構成されており、第1流体の圧力が低く変化した場合、ニードルの端部とノズル部との間の開口量を減少してノズル部を通過する第1流体の流速を増加させ、流通路内に取り込まれる第2流体の流量が増加するように構成されている。
【選択図】図2
Description
ところで、第1流体が小流量時には、最大流量時に比べてノズル部の出口部分における流速が得られないため、第1流体がノズル部の開口部分を通過しても吸引力が小さく、第2流体を取り込み難くなる場合があった。
しかしながら、このような第2流体の流通路内にポンプを設けたエゼクタ装置は、装置構成が複雑となり、またコスト高を招いてしまうものであった。
本発明のエゼクタ装置は、
流通路内を流れる第1流体が前記流通路の一部に設けられたノズル部を通過することで生じた負圧による吸引力で、前記ノズル部よりも下流側の流通路内に第2流体を取り込み、前記第1流体と第2流体とを合流させ、前記流通路下流側へ流体を供給するエゼクタ装置であって、
前記エゼクタ装置は、
前記流通路のノズル部よりも上流側に配設され、一定圧力の空間を構成する感圧室と、
前記第1流体が前記感圧室の外側を流れる際の圧力と前記感圧室内の圧力との差により生ずる前記感圧室の伸縮作用により、前記ノズル部の開口量を変化させる開口調整部と、
前記感圧室よりも上流側に、前記流通路を流れる第1流体の流量を調整する流量調整弁と、
を備え、
前記開口調整部は、
一方側が前記感圧室の下流側に接続されるとともに、前記第1流体の圧力が無圧時には他方側が前記ノズル部に当接するように構成されたニードルと、
前記感圧室内および前記感圧室外の少なくとも一方に配設された付勢部材と、
を有し、
前記第1流体が流れる際、この第1流体の流量による圧力と前記感圧室内の圧力との差によって生ずる、前記付勢部材の伸縮作用によりニードルを変位させ、前記ニードルの端部とノズル部との間で開口を形成するよう構成されており、
前記流通路を流れる第1流体の圧力が低く変化した場合、前記ニードルの端部と前記ノズル部との間の開口量を減少して前記ノズル部を通過する第1流体の流速を増加させ、前記流通路内に取り込まれる前記第2流体の流量が増加するように構成されていることを特徴とする。
さらに感圧室よりも上流側に流量調整弁を配設すれば、流量調整弁からの第1流体の流量(圧力)に応じ、第2流体を所定量取り込むことができ、エゼクタ装置の制御を容易に行うことができる。
前記感圧室は、内部を真空とし密閉されていることを特徴とする。
このように構成すれば、第1流体の圧力に対する基準圧力となる感圧室内の圧力を、他から引いてくる必要がなく、システムの簡素化が計れ、エゼクタ装置のコストを抑えることができる。
前記感圧室の上流側に、前記第1流体の流体圧力に対する前記ノズル部の開口量が調整可能な調整部を有することを特徴とする。
前記感圧室が、感圧素子から成ることを特徴とする。
このように感圧室が感圧素子であれば、第1流体の流量(圧力)の違いに合わせて感圧室を確実に伸縮させることができる。
前記感圧素子が、ベローズであることを特徴とする。
このように感圧素子がベローズであれば、第1流体の流量により収縮する際に、蛇腹形の部分により一方と他方の方向にのみ移動することとなるため、この移動方向にニードルが接続されていれば、第1流体の流量により開口調整部をノズル部の開口に対して一方と他方に移動させることができ、また第1流体をベローズの外側に流せるので、第1流体を流入させる第1流体の流通路とノズル部の下流側の流通路とを直線状に配置でき、エゼクタ装置の小型化が計れ好ましい。
前記開口調整部の摺動部分に、ダンパー部材が設けられていることを特徴とする。
このようにダンパー部材が設けられていれば、第1流体の流量が急に変化しても、ノズル部と開口調整部との間で構成される開口の急激な開閉を抑止することができ、徐々に開口量を変化させることができる。
前記感圧室と前記開口調整部とが、ボールジョイントにより接続されていることを特徴とする。
前記感圧室の空間内または前記感圧室の外側に、前記感圧室の第1流体の圧力による伸縮量特性を設定する付勢部材が配設されていることを特徴とする。
上記いずれかに記載のエゼクタ装置を備え、第1流体である水素を燃料電池スタック内に供給し、前記燃料電池スタック内で水素を空気中の酸素と化学反応させて発電を行うことを特徴とする。
図1は、本発明のエゼクタ装置を用いた燃料電池システムの概略を説明するための概略図、図2は、本発明のエゼクタ装置の構成を説明するための断面図、図3は、本発明のエゼクタ装置において、付勢部材を感圧室の外側に配設した状態を説明するための要部拡大図、図4は、本発明のエゼクタ装置の感圧室とニードルとの接続部分について説明するための要部拡大断面図、図5は、本発明のエゼクタ装置の作動状況を説明するための要部拡大断面図であり、図5(a)は停止時における断面図、図5(a1)は図5(a)の部分拡大図、図5(b)は大流量時における断面図、図5(b1)は図5(b)の部分拡大図、図5(c)は小流量時における断面図、図5(c1)は図5(c)の部分拡大図である。
<燃料電池システム50>
本発明のエゼクタ装置10を用いた燃料電池システム50は、図1に示したように、まず水素タンク32内の第1流体14である水素ガスが流量調整弁30で所定流量に調整されてエゼクタ装置10内に流入し、これをさらに燃料電池スタック52内に供給するようになっている。
この燃料電池スタック52には、上記したように一方(図1では左側)から第1流体14として水素ガスが供給され、他方(図1では右側)からは空気54が供給されるようになっており、燃料電池スタック52内において、供給された水素ガスと空気54中の酸素とを化学反応させることにより、発電を行うようになっている。
なお、燃料電池スタック52中に供給された水素ガス(第1流体14)は、一部については化学反応がなされず、この残りの水素ガス(第2流体18)は循環路44を通ってエゼクタ装置10内に再び供給されるようになっている。
以下、このエゼクタ装置10について詳細に説明する。
本発明のエゼクタ装置10は、図2に示したように、流通路12内を流れる第1流体14が流通路12の一部に設けられたノズル部16の開口24を通過することで生じた負圧による吸引力で、第2流体18をノズル部16よりも下流側の流通路12内に取り込み、第1流体14と第2流体18とを合流させ、流通路下流側へ流体を供給するようにしたものである。
そして、感圧室20の外側の流通路12内を流れる第1流体14の圧力と、感圧室20の空間22内の圧力との圧力差によって感圧室20および感圧室20内に配設された付勢部材34の伸縮作用を生じさせ、これにより開口調整部26でノズル部16の開口量を変化させて第1流体14のノズル部16における流速を変化させることで、流通路12内に取り込まれる第2流体18の流量を調整できるようになっている。
ベローズは蛇腹形であるため、これにより第1流体14の流量が変化した際には、ベローズは蛇腹の形成されている方向(図1では左右の方向)に伸縮し、圧力の変化を変位に変えることができる。
また、ベローズからなる感圧室20内部の空間22の圧力は、第1流体14の流れる際の圧力と異なる一定圧力に設定されていれば良く、空気が第1流体14に入らないよう気密分離を行い、感圧室20内に大気圧を導入しても良いものである。
この調整部40には、複数の第1流体流通孔42が形成されており、エゼクタ装置10の各部を形成する筐体46に取り外し自在に固定されているが、例えば螺合するように構成されていれば、交換も容易であるため好ましい。
そして、この第1流体14が感圧室20の外側を通過し、第1流体14の流量による圧力と感圧室20内の圧力との差によって、感圧室20および感圧室20内に配設された付勢部材34の伸縮作用が生ずる。
また、図5(b)および図5(b1)に示したように、感圧室20の外側を流れる第1流体14の流量が多く、第1流体14の圧力が高い場合には、感圧室20を構成するベローズの収縮量が大きくなり、ノズル部16とニードル28の先端とで構成された開口24の開口量が大きくなる。
保持部材66と保持部材68との間の隙間70は、ベローズの規定収縮量(設計値)に従って調整することが好ましい。
図6は本発明のエゼクタ装置10の他の実施例を示したものであり、構成を説明するための断面図ある。
なおダンパー部材60は、パッキン62と付勢部材64とから構成されており、付勢部材64によってパッキン62に所定の締め付け力を与えるようになっている。
このようにダンパー部材60が設けられていれば、第1流体14の流量が急に変化しても、ノズル部16と開口調整部26との間で構成される開口24の急激な開閉を抑止することができ、徐々に開口量を変化させることができる。
12・・・流通路
14・・・第1流体
16・・・ノズル部
18・・・第2流体
20・・・感圧室
22・・・空間
24・・・開口
26・・・開口調整部
28・・・ニードル
30・・・流量調整弁
32・・・水素タンク
34・・・付勢部材
36・・・ボールジョイント
38・・・付勢部材
40・・・調整部
42・・・第1流体流通孔
44・・・循環路
46・・・筐体
48・・・追い込み幅
50・・・燃料電池システム
52・・・燃料電池スタック
54・・・空気
60・・・ダンパー部材
62・・・パッキン
64・・・付勢部材
66・・・保持部材
68・・・保持部材
70・・・隙間
100・・・エゼクタ装置
102・・・ノズル部
104・・・ニードル
106・・・第1流体
108・・・第2流体
110・・・作動室
112・・・ダイヤフラム
114・・・駆動室
116・・・第1流体流通路
118・・・流通路
Claims (9)
- 流通路内を流れる第1流体が前記流通路の一部に設けられたノズル部を通過することで生じた負圧による吸引力で、前記ノズル部よりも下流側の流通路内に第2流体を取り込み、前記第1流体と第2流体とを合流させ、前記流通路下流側へ流体を供給するエゼクタ装置であって、
前記エゼクタ装置は、
前記流通路のノズル部よりも上流側に配設され、一定圧力の空間を構成する感圧室と、
前記第1流体が前記感圧室の外側を流れる際の圧力と前記感圧室内の圧力との差により生ずる前記感圧室の伸縮作用により、前記ノズル部の開口量を変化させる開口調整部と、
前記感圧室よりも上流側に、前記流通路を流れる第1流体の流量を調整する流量調整弁と、
を備え、
前記開口調整部は、
一方側が前記感圧室の下流側に接続されるとともに、前記第1流体の圧力が無圧時には他方側が前記ノズル部に当接するように構成されたニードルと、
前記感圧室内および前記感圧室外の少なくとも一方に配設された付勢部材と、
を有し、
前記第1流体が流れる際、この第1流体の流量による圧力と前記感圧室内の圧力との差によって生ずる、前記付勢部材の伸縮作用によりニードルを変位させ、前記ニードルの端部とノズル部との間で開口を形成するよう構成されており、
前記流通路を流れる第1流体の圧力が低く変化した場合、前記ニードルの端部と前記ノズル部との間の開口量を減少して前記ノズル部を通過する第1流体の流速を増加させ、前記流通路内に取り込まれる前記第2流体の流量が増加するように構成されていることを特徴とするエゼクタ装置。 - 前記感圧室は、内部を真空とし密閉されていることを特徴とする請求項1に記載のエゼクタ装置。
- 前記感圧室の上流側に、前記第1流体の流体圧力に対する前記ノズル部の開口量が調整可能な調整部を有することを特徴とする請求項1または2に記載のエゼクタ装置。
- 前記感圧室が、感圧素子から成ることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のエゼクタ装置。
- 前記感圧素子が、ベローズであることを特徴とする請求項4に記載のエゼクタ装置。
- 前記開口調整部の摺動部分に、ダンパー部材が設けられていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のエゼクタ装置。
- 前記感圧室と前記開口調整部とが、ボールジョイントにより接続されていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のエゼクタ装置。
- 前記感圧室の空間内または前記感圧室の外側に、前記感圧室の第1流体の圧力による伸縮量特性を設定する付勢部材が配設されていることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のエゼクタ装置。
- 請求項1から8のいずれかに記載のエゼクタ装置を備え、第1流体である水素を燃料電池スタック内に供給し、前記燃料電池スタック内で水素を空気中の酸素と化学反応させて発電を行うことを特徴とする燃料電池システム。
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