JP2011021516A - Ejector - Google Patents

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Kazunori Fukuma
一教 福間
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ejector which improves a gas flow rate controllability in a low flow rate range. <P>SOLUTION: The ejector 50 includes a needle 70, and a nozzle 80 for storing the needle 70 inside for having a hydrogen gas introduced into a first fluid chamber 63 flow in the gap with respect to the needle 70 for ejecting the same from a discharge port 84. The flow rate of the hydrogen gas ejected from the nozzle 80 is adjusted by relatively moving the tip end 71 of the needle 70 and the discharge port 84 of the nozzle 80 based on the pressure of a cathode gas introduced into a third fluid chamber 64. A tapered part 86 tapered toward the discharge port 84 is formed in the nozzle channel 83 of the nozzle 80 for storing the needle 70 and forming the discharge port 84. An O-ring 76 is provided in the tip end 71 of the needle 70. When the tip end 71 of the needle 70 and the discharge port 84 of the nozzle 80 are moved relatively to such a direction that they approach with each other, the O-ring 76 comes in contact with the tapered part 86 for blocking the nozzle channel 83. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、エゼクタに関する。詳しくは、燃料電池システムに搭載されるエゼクタに関する。   The present invention relates to an ejector. In detail, it is related with the ejector mounted in a fuel cell system.

近年、自動車の新たな動力源として燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、例えば、反応ガスを化学反応させて発電する燃料電池と、反応ガス流路を介して燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、この反応ガス供給装置を制御する制御装置と、を備える。   In recent years, fuel cell systems have attracted attention as a new power source for automobiles. The fuel cell system includes, for example, a fuel cell that generates power by chemically reacting a reaction gas, a reaction gas supply device that supplies the reaction gas to the fuel cell via a reaction gas flow path, and a control that controls the reaction gas supply device An apparatus.

燃料電池は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。ここで、各セルは、膜電極構造体(MEA)を一対のセパレータで挟持して構成され、膜電極構造体は、アノード電極(陰極)およびカソード電極(陽極)の2つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。このような燃料電池に対し、反応ガス供給装置によりアノード電極にアノードガスとしての水素ガスを供給し、カソード電極にカソードガスとしてのエアを供給すると、電気化学反応により発電する。   The fuel cell has, for example, a stack structure in which several tens to several hundreds of cells are stacked. Here, each cell is configured by sandwiching a membrane electrode structure (MEA) between a pair of separators. The membrane electrode structure includes two electrodes, an anode electrode (cathode) and a cathode electrode (anode), and these electrodes. And a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between the two. When such a fuel cell is supplied with hydrogen gas as the anode gas to the anode electrode and supplied with air as the cathode gas to the cathode electrode by the reaction gas supply device, the power is generated by an electrochemical reaction.

燃料電池に供給する水素ガスには、例えば水素タンクに貯蔵しておいたものが用いられることが多いが、水素タンクから供給される水素ガスには発電に必要な量よりも多くの量の水素が含まれているため、燃料電池のアノード電極から排出されたガス(以下、「アノードオフガス」という)には、発電に供されず余剰となった水素が含まれている。そこで、燃料電池システムでは、循環装置を用いてアノードオフガスを回収するとともに、この回収したアノードオフガスを、水素タンクから供給された水素ガスに合流させて燃料電池に再び供給している。   For example, hydrogen gas stored in a hydrogen tank is often used as the hydrogen gas supplied to the fuel cell, but the hydrogen gas supplied from the hydrogen tank has a larger amount of hydrogen than is necessary for power generation. Therefore, the gas discharged from the anode electrode of the fuel cell (hereinafter referred to as “anode off gas”) contains surplus hydrogen that is not used for power generation. Therefore, in the fuel cell system, the anode off gas is recovered using a circulation device, and the recovered anode off gas is merged with the hydrogen gas supplied from the hydrogen tank and supplied to the fuel cell again.

以下、このような循環装置について、外部に動力源を必要とせず、ガスの圧力エネルギを利用して水素ガスとアノードオフガスとを合流する、いわゆる空圧駆動式のエゼクタを例に説明する(特許文献1参照)。   In the following, such a circulation device will be described by taking as an example a so-called pneumatically driven ejector that does not require an external power source and joins hydrogen gas and anode off-gas using gas pressure energy (patent) Reference 1).

特許文献1に示されたエゼクタは、筐体と、この筐体内部に進退可能に設けられたニードルと、筐体内部に設けられニードルを収容する略筒状のノズルと、を備える。このようなエゼクタに対し、水素タンクからの水素ガスはノズル内部に導入され、ノズル内部のニードルとの隙間を流通して、ノズルの先端側の吐出口から吐出される。ここで、吐出口から吐出される水素ガスの流量や吐出圧は、ニードルの変位量に応じて調整することができる。一方アノードオフガスは、吐出口から吐出された水素ガスの負圧によりノズル外部の吐出口の近傍に導入され、吐出された水素ガスに合流されるようになっている。   The ejector disclosed in Patent Document 1 includes a housing, a needle provided inside the housing so as to be able to advance and retreat, and a substantially cylindrical nozzle that is provided inside the housing and accommodates the needle. With respect to such an ejector, hydrogen gas from a hydrogen tank is introduced into the nozzle, flows through a gap with a needle inside the nozzle, and is discharged from a discharge port on the tip side of the nozzle. Here, the flow rate and discharge pressure of the hydrogen gas discharged from the discharge port can be adjusted according to the displacement amount of the needle. On the other hand, the anode off gas is introduced in the vicinity of the discharge port outside the nozzle by the negative pressure of the hydrogen gas discharged from the discharge port, and is joined to the discharged hydrogen gas.

一方、ニードルを変位させる機構として、ニードルの基端側には信号圧が導入される空気極圧導入室が設けられ、さらにこの空気極圧導入室に隣接して燃料極圧導入室が設けられ、この燃料極圧導入室にはアノードオフガスが配管を通して背圧として導入される。また、空気極圧導入室とノズル内部とは第1ダイアフラムで仕切られており、空気極圧導入室と燃料極導入室とは第2ダイアフラムで仕切られている。   On the other hand, as a mechanism for displacing the needle, an air extreme pressure introduction chamber into which signal pressure is introduced is provided on the proximal end side of the needle, and a fuel extreme pressure introduction chamber is provided adjacent to the air extreme pressure introduction chamber. The anode off gas is introduced into the fuel extreme pressure introduction chamber as a back pressure through a pipe. Further, the air extreme pressure introduction chamber and the inside of the nozzle are separated by a first diaphragm, and the air extreme pressure introduction chamber and the fuel electrode introduction chamber are separated by a second diaphragm.

このエゼクタによれば、空気極圧導入室と燃料極圧導入室との差圧に応じてノズル内部でニードルが進退される。また、ニードルの先端部のうちノズルの吐出口にかかる部分はテーパ状に形成されており、これにより、ニードルの進退に応じて吐出口の開口面積を変化させて、水素ガスの流量および吐出圧を調整することができる。   According to this ejector, the needle is advanced and retracted inside the nozzle in accordance with the differential pressure between the air extreme pressure introduction chamber and the fuel extreme pressure introduction chamber. In addition, the portion of the tip of the needle that covers the nozzle outlet is formed in a tapered shape, so that the opening area of the outlet changes according to the advancement and retraction of the needle, and the flow rate and discharge pressure of hydrogen gas are changed. Can be adjusted.

特開2002−227799号公報JP 2002-227799 A

ところで、燃料電池に対し必要な量の水素を安定して供給し続けるためには、エゼクタには低流量域から高流量域まで安定して水素ガスを吐出できる性能が要求される。しかしながら、高流量域と低流量域とでは、吐出される水素ガスの流量の調整に係る部分は異なったものとなる。つまり、高流量域における水素ガスの流量は、上述のようなニードルのテーパ状に形成された部分で調整されるのに対し、低流量域における水素ガスの流量は、ニードルのうち水素ガスの流路を締切る部分で調整される。したがって、特に低流量域における水素ガスの流量制御性を向上するには、水素ガスの流路を締切る構造について詳細に検討する必要があるものの、特許文献1には締切り構造に関する記載はない。   By the way, in order to stably supply a necessary amount of hydrogen to the fuel cell, the ejector is required to have a performance capable of stably discharging hydrogen gas from a low flow rate region to a high flow rate region. However, the portion relating to the adjustment of the flow rate of the discharged hydrogen gas differs between the high flow rate region and the low flow rate region. In other words, the flow rate of hydrogen gas in the high flow rate region is adjusted at the tapered portion of the needle as described above, whereas the flow rate of hydrogen gas in the low flow rate region is the flow rate of hydrogen gas in the needle. It is adjusted at the part that closes the road. Therefore, in order to improve the hydrogen gas flow rate controllability particularly in the low flow rate region, it is necessary to examine in detail the structure for closing the hydrogen gas flow path, but Patent Document 1 does not describe the closing structure.

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、ノズル内部のニードルを進退させることでノズルから吐出されるガスの流量を調整するエゼクタにおいて、低流量域におけるガスの流量制御性を向上できるエゼクタを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and improves the gas flow rate controllability in a low flow rate region in an ejector that adjusts the flow rate of gas discharged from the nozzle by advancing and retracting the needle inside the nozzle. An object is to provide an ejector that can be used.

上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、第1ガス(例えば、後述の水素ガス)が導入される第1流体室(例えば、後述の第1流体室63)と、ニードル(例えば、後述のニードル70)と、当該ニードルを内部に収容し、前記第1流体室に導入された第1ガスを前記ニードルとの隙間に流通させて、吐出口(例えば、後述の吐出口84)から吐出するノズル(例えば、後述のノズル80)と、当該ノズルの先端側に設けられて第2ガス(例えば、後述のアノードオフガス)が導入される第2流体室(例えば、後述の第2流体室62)と、前記ノズルから吐出された第1ガスの負圧により前記第2流体室に導入される第2ガスを吸引して第1ガスに合流させるディフューザ(例えば、後述のディフューザ93)と、第3ガス(例えば、後述のエア)が導入される第3流体室(例えば、後述の第3流体室64)と、を備え、当該第3流体室に導入される第3ガスの圧力に基づいて、前記ニードルの先端側と前記ノズルの吐出口とを相対移動させることで、前記ノズルから吐出される第1ガスの流量を調整するエゼクタ(例えば、後述のエゼクタ50)を提供する。前記ニードルを収容するとともに前記吐出口を形成する前記ノズルのノズル流路(例えば、後述のノズル流路83)には、前記吐出口へ向かって縮径するテーパ形状部(例えば、後述のテーパ形状部86)が形成され、前記ニードルの先端側には、シール部材(例えば、後述のOリング76)が設けられる。また、前記ニードルの先端側と前記ノズルの吐出口とを互いに接近する方向に相対移動させると、前記シール部材は前記テーパ形状部に接し、前記ノズル流路を遮断する。   In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 includes a first fluid chamber (for example, first fluid chamber 63 to be described later) into which a first gas (for example, hydrogen gas to be described later) is introduced, a needle (for example, , A needle 70 described later, and the needle accommodated therein, and the first gas introduced into the first fluid chamber is circulated in a gap between the needle and a discharge port (for example, a discharge port 84 described later). And a second fluid chamber (for example, a second fluid to be described later) that is provided on the tip side of the nozzle and into which a second gas (for example, an anode off gas to be described later) is introduced. A diffuser (for example, a later-described diffuser 93) that sucks the second gas introduced into the second fluid chamber by the negative pressure of the first gas discharged from the nozzle and joins the first gas. , Third gas (e.g. A third fluid chamber (for example, a third fluid chamber 64 described later) into which air is introduced, and the tip of the needle is based on the pressure of the third gas introduced into the third fluid chamber. An ejector (for example, an ejector 50 described later) that adjusts the flow rate of the first gas discharged from the nozzle is provided by relatively moving the side and the discharge port of the nozzle. A nozzle channel (for example, a nozzle channel 83 described later) of the nozzle that accommodates the needle and forms the discharge port has a tapered portion (for example, a taper shape described later) that decreases in diameter toward the discharge port. Part 86) is formed, and a seal member (for example, an O-ring 76 described later) is provided on the distal end side of the needle. Further, when the tip end side of the needle and the discharge port of the nozzle are relatively moved in a direction approaching each other, the seal member comes into contact with the tapered portion and blocks the nozzle flow path.

本発明によれば、第3流体室に導入される第3ガスの圧力に基づいて、ニードルの先端側とノズルの吐出口とを相対移動させることで、ノズルの吐出口から吐出される第1ガスの流量を調整する。また、ノズル流路に吐出口へ向かって縮径するテーパ形状部を設け、さらにこのノズル流路内に収容されるニードルの先端側にシール部材を設けた。そして、吐出口から吐出される第1ガスの流れを遮断する場合、すなわちノズル流路を締切る場合、ニードルの先端側とノズルの吐出口とを互いに接近する方向に相対移動し、シール部材とテーパ形状部とを密接させる。   According to the present invention, the first side discharged from the nozzle outlet by moving the tip side of the needle and the outlet of the nozzle relative to each other based on the pressure of the third gas introduced into the third fluid chamber. Adjust the gas flow rate. Further, a taper-shaped portion that is reduced in diameter toward the discharge port is provided in the nozzle flow path, and a seal member is provided on the tip end side of the needle accommodated in the nozzle flow path. When blocking the flow of the first gas discharged from the discharge port, that is, when closing the nozzle flow path, the needle tip side and the nozzle discharge port are moved relative to each other in a direction approaching each other, Close contact with the taper-shaped portion.

ところで、第1ガスの流量が調整される吐出口の径に対して非常に大きな径のシール部材を用いてノズル流路を締切った場合、吐出口の径とシール部材の径との差に起因して、ノズル流路を締切る際に、吐出口から吐出される第1ガスの流量が急激に変化する場合がある。これに対して本発明では、ニードルを収容するノズル流路のうち吐出口近傍のテーパ形状部において、ニードルの先端側に設けられたシール部材で締切ることにより、このシール部材の径を吐出口の径に近いものにすることができる。このため、本発明によれば、ノズル流路の締切り近傍の低流量域における第1ガスの流量をなだらかに変化させ、かつ、吐出圧を連続的に変化させることができるので、低流量域における第1ガスの流量制御性を向上することができる。また、シール部材の径を吐出口の径に近づけることにより、より小さな力でノズル流路を締切ることができるので、締切り性も向上することができる。   By the way, when the nozzle flow path is closed using a seal member having a very large diameter with respect to the diameter of the discharge port to which the flow rate of the first gas is adjusted, the difference between the diameter of the discharge port and the diameter of the seal member is caused. As a result, when closing the nozzle flow path, the flow rate of the first gas discharged from the discharge port may change abruptly. On the other hand, in the present invention, the diameter of the seal member is reduced by tightening with a seal member provided on the tip end side of the needle in the tapered portion in the vicinity of the discharge port in the nozzle flow path for accommodating the needle. It can be made close to the diameter. For this reason, according to the present invention, the flow rate of the first gas in the low flow rate region near the cutoff of the nozzle flow path can be changed gently, and the discharge pressure can be continuously changed. The flow controllability of the first gas can be improved. Moreover, since the nozzle channel can be closed with a smaller force by making the diameter of the seal member close to the diameter of the discharge port, the cut-off property can be improved.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のエゼクタにおいて、前記第3流体室は、前記ノズルの基端側に設けられ、前記第1流体室は、前記第2流体室と前記第3流体室との間に設けられ、前記第1流体室と前記第2流体室とは、第1ダイアフラム(例えば、後述の第1ダイアフラム65)で仕切られ、前記第1流体室と前記第3流体室とは、第2ダイアフラム(例えば、後述の第2ダイアフラム66)で仕切られる。前記エゼクタは、前記第3流体室に導入された第3ガスの圧力により、前記ニードルの先端側と前記ノズルの吐出口とを互いに離隔する方向に相対移動させ、前記第2流体室に導入された第2ガスの圧力により、前記ニードルの先端側と前記ノズルの吐出口とを互いに接近する方向に相対移動させる。   According to a second aspect of the present invention, in the ejector according to the first aspect, the third fluid chamber is provided on a proximal end side of the nozzle, and the first fluid chamber is connected to the second fluid chamber and the second fluid chamber. The first fluid chamber and the second fluid chamber are partitioned by a first diaphragm (for example, a first diaphragm 65 described later), and the first fluid chamber and the third fluid chamber are separated from each other. The fluid chamber is partitioned by a second diaphragm (for example, a second diaphragm 66 described later). The ejector is introduced into the second fluid chamber by moving the tip end side of the needle and the discharge port of the nozzle in a direction away from each other by the pressure of the third gas introduced into the third fluid chamber. The tip end side of the needle and the discharge port of the nozzle are relatively moved in a direction approaching each other by the pressure of the second gas.

本発明によれば、第1流体室と第2流体室とを第1ダイアフラムで仕切るとともに、第1流体室と第3流体室とを第2ダイアフラムで仕切る。そして、第3ガスの圧力により、ニードルとノズルとを互いに離隔する方向に相対移動させ、第2ガスの圧力により、ニードルとノズルとを互いに接近する方向に相対移動させる。   According to the present invention, the first fluid chamber and the second fluid chamber are partitioned by the first diaphragm, and the first fluid chamber and the third fluid chamber are partitioned by the second diaphragm. Then, the needle and the nozzle are relatively moved in a direction away from each other by the pressure of the third gas, and the needle and the nozzle are relatively moved in a direction to approach each other by the pressure of the second gas.

これにより、第1ガスの圧力が変動すると、この圧力の変動は、第1流体室の両側に形成されたダイアフラムを介して、第2流体室および第3流体室に伝わる。よって、第2流体室に導入された第2ガスと第3流体室に導入された第3ガスとは、圧力変動の影響を受けることになるが、第2ガスと第3ガスとでは、ニードルとノズルとを相対移動させる方向が逆になるため、この圧力変動の影響は相殺される。よって、ノズルとニードルとを相対移動させる力は、第2流体室と第3流体室との差圧にのみ依存することになる。したがって、エゼクタから送出するガス流量を一定にできる。その結果、第1流体室に導入する第1ガスの圧力を制御するレギュレータが不要となる。   Thereby, when the pressure of the first gas fluctuates, the fluctuation of the pressure is transmitted to the second fluid chamber and the third fluid chamber via the diaphragms formed on both sides of the first fluid chamber. Therefore, the second gas introduced into the second fluid chamber and the third gas introduced into the third fluid chamber are affected by pressure fluctuations, but the second gas and the third gas are needles. Since the direction in which the nozzle and the nozzle are moved relative to each other is reversed, the influence of this pressure fluctuation is offset. Therefore, the force for relatively moving the nozzle and the needle depends only on the differential pressure between the second fluid chamber and the third fluid chamber. Therefore, the flow rate of gas delivered from the ejector can be made constant. As a result, a regulator for controlling the pressure of the first gas introduced into the first fluid chamber becomes unnecessary.

請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のエゼクタにおいて、前記第3流体室は、前記ノズルの基端側に設けられ、前記第1流体室と前記第3流体室との間には、大気に連通する第4流体室(例えば、後述の第4流体室101A)が設けられ、前記第1流体室と前記第2流体室とは、第1ダイアフラム(例えば、後述の第1ダイアフラム65A)で仕切られ、前記第1流体室と前記第4流体室とは、前記第1ダイアフラムと略等しい有効面積を有する第2ダイアフラム(例えば、後述の第2ダイアフラム66A)で仕切られ、前記第3流体室と前記第4流体室とは、前記第1ダイアフラムおよび前記第2ダイアフラムとは異なる有効面積を有する第3ダイアフラム(例えば、後述の第3ダイアフラム102A)で仕切られ、前記第3流体室に導入された第3ガスの圧力により、前記ニードルの先端側と前記ノズルの吐出口とを互いに離隔する方向に相対移動させ、前記第2流体室に導入された第2ガスの圧力により、前記ニードルの先端側と前記ノズルの吐出口とを互いに接近する方向に相対移動させる。   According to a third aspect of the present invention, in the ejector according to the second aspect, the third fluid chamber is provided on a proximal end side of the nozzle, and is provided between the first fluid chamber and the third fluid chamber. Is provided with a fourth fluid chamber (for example, a later-described fourth fluid chamber 101A) communicating with the atmosphere, and the first fluid chamber and the second fluid chamber have a first diaphragm (for example, a later-described first diaphragm). 65A), and the first fluid chamber and the fourth fluid chamber are partitioned by a second diaphragm (for example, a second diaphragm 66A described later) having an effective area substantially equal to the first diaphragm, The third fluid chamber and the fourth fluid chamber are partitioned by a third diaphragm (for example, a third diaphragm 102A described later) having an effective area different from that of the first diaphragm and the second diaphragm, and the third fluid chamber The tip of the needle and the discharge port of the nozzle are moved relative to each other in a direction away from each other by the pressure of the introduced third gas, and the needle is pressed by the pressure of the second gas introduced into the second fluid chamber. The tip side of the nozzle and the discharge port of the nozzle are relatively moved in a direction approaching each other.

本発明によれば、第1流体室と第3流体室との間に、大気に連通する第4流体室を設ける。そして、第1流体室と第2流体室との間を第1ダイアフラムで仕切り、第1流体室と第4流体室との間を第2ダイアフラムで仕切り、第3流体室と第4流体室との間を第3ダイアフラムで仕切る。そして、第3ガスの圧力により、ニードルとノズルとを互いに離隔する方向に相対移動させ、第2ガスの圧力により、ニードルとノズルとを互いに接近する方向に相対移動させる。   According to the present invention, the fourth fluid chamber communicating with the atmosphere is provided between the first fluid chamber and the third fluid chamber. Then, the first fluid chamber and the second fluid chamber are partitioned by the first diaphragm, the first fluid chamber and the fourth fluid chamber are partitioned by the second diaphragm, and the third fluid chamber and the fourth fluid chamber are separated from each other. Is partitioned by a third diaphragm. Then, the needle and the nozzle are relatively moved in a direction away from each other by the pressure of the third gas, and the needle and the nozzle are relatively moved in a direction to approach each other by the pressure of the second gas.

そして、第1ダイアフラムと第2ダイアフラムの有効面積を略等しくするとともに、第3ダイアフラムの有効面積をこれら第1、第2ダイアフラムの有効面積と異なるようにした。これにより、第3ダイアフラムの有効面積と前記第1ダイアフラムの有効面積との比に応じた倍圧で、第3流体室に導入される第3ガスの圧力を増幅又は減衰し、第1、第2ダイアフラムに作用させることができる。したがって、この倍圧で、ノズルから吐出される第1ガスの吐出圧すなわち第2流体室の圧力を増幅又は減衰することができる。   The effective areas of the first diaphragm and the second diaphragm are made substantially equal, and the effective area of the third diaphragm is made different from the effective areas of the first and second diaphragms. This amplifies or attenuates the pressure of the third gas introduced into the third fluid chamber with a double pressure corresponding to the ratio of the effective area of the third diaphragm and the effective area of the first diaphragm, Can act on two diaphragms. Therefore, with this double pressure, the discharge pressure of the first gas discharged from the nozzle, that is, the pressure of the second fluid chamber can be amplified or attenuated.

請求項4に記載の発明は、請求項1から3の何れかに記載のエゼクタにおいて、前記シール部材は、Oリング(例えば、後述のOリング76)であり、前記ニードルの外周面には、前記Oリングを保持する環状の溝(例えば、後述の溝75)が形成されている。   According to a fourth aspect of the present invention, in the ejector according to any one of the first to third aspects, the seal member is an O-ring (for example, an O-ring 76 described later), An annular groove (for example, a groove 75 described later) for holding the O-ring is formed.

本発明によれば、シール部材にOリングを用い、このOリングをニードルの外周面に形成された環状の溝に保持させた。これにより、例えばシール部材を焼き付けた場合と比較して、小型で簡便な構造にすることができかつ生産コストを抑えることができる。   According to the present invention, an O-ring is used as the seal member, and the O-ring is held in an annular groove formed on the outer peripheral surface of the needle. Thereby, compared with the case where a sealing member is baked, for example, it can be set as a small and simple structure, and production cost can be held down.

請求項5に記載の発明は、請求項1から4の何れかに記載のエゼクタにおいて、前記エゼクタは、アノードガス(例えば、後述の水素ガス)およびカソードガス(例えば、後述のエア)を反応させて発電を行う燃料電池(例えば、後述の燃料電池10)にアノードガスを供給する。前記ディフューザの送出口(例えば、後述の送出口61)は、前記燃料電池に接続され、前記第1流体室には、アノードガス供給源(例えば、後述の水素タンク22)から第1ガスとしてアノードガスが導入され、前記第2流体室には、第2ガスとして前記燃料電池から排出されるアノードオフガスが導入され、前記第3流体室には、第3ガスとしてのカソードガスが導入される。   According to a fifth aspect of the present invention, in the ejector according to any one of the first to fourth aspects, the ejector reacts an anode gas (for example, hydrogen gas described later) and a cathode gas (for example, air described later). Then, anode gas is supplied to a fuel cell (for example, a fuel cell 10 described later) that generates power. The diffuser outlet (for example, outlet 61 described later) is connected to the fuel cell, and the first fluid chamber has an anode as a first gas from an anode gas supply source (for example, hydrogen tank 22 described later). A gas is introduced, an anode off gas discharged from the fuel cell as a second gas is introduced into the second fluid chamber, and a cathode gas as a third gas is introduced into the third fluid chamber.

従来では、配管を用いて、アノードオフガスをニードルの基端側に背圧として導入するが、アノードオフガスには燃料電池で生成された水分が含まれるため、アノードオフガス内に含まれる水分が配管内で凍結し、エゼクタの性能が低下するおそれがある。しかしながら、本発明によれば、ノズルの先端側の第2流体室に導入されるアノードオフガスをノズルの基端側に導入しないので、アノードオフガスに含まれる水分が凍結しても、エゼクタの性能が低下するのを防止できる。   Conventionally, the anode off gas is introduced as a back pressure to the proximal end side of the needle using a pipe. However, since the anode off gas contains moisture generated by the fuel cell, moisture contained in the anode off gas is contained in the pipe. There is a risk that the ejector performance will be reduced. However, according to the present invention, the anode off-gas introduced into the second fluid chamber on the tip end side of the nozzle is not introduced into the base end side of the nozzle, so that the ejector performance is improved even if moisture contained in the anode off-gas is frozen. It can be prevented from lowering.

本発明の第1実施形態に係るエゼクタが適用された燃料電池システムの構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system to which an ejector according to a first embodiment of the present invention is applied. 上記実施形態に係るエゼクタの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the ejector which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係るノズルの吐出口とニードルの先端部とが互いに最も離隔する方向に相対移動した状態におけるエゼクタの断面図である。It is sectional drawing of the ejector in the state which moved relatively in the direction in which the discharge outlet of the nozzle which concerns on the said embodiment, and the front-end | tip part of a needle are separated most mutually. 上記実施形態に係るノズルの吐出口とニードルの先端部とが互いに最も接近する方向に相対移動した状態におけるエゼクタの断面図である。It is sectional drawing of the ejector in the state which the discharge port of the nozzle which concerns on the said embodiment, and the front-end | tip part of a needle moved relatively in the direction which approaches most mutually. 上記実施形態に係るノズルの先端部およびニードルの先端部の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the front-end | tip part of the nozzle which concerns on the said embodiment, and the front-end | tip part of a needle. 上記実施形態に係るノズルの先端部およびニードルの先端部の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the front-end | tip part of the nozzle which concerns on the said embodiment, and the front-end | tip part of a needle. 上記実施形態に係るノズルの先端部およびニードルの先端部の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the front-end | tip part of the nozzle which concerns on the said embodiment, and the front-end | tip part of a needle. 従来のエゼクタの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional ejector. 水素ガスの流量とノズルのストローク量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the flow volume of hydrogen gas, and the stroke amount of a nozzle. 本発明の第2実施形態に係るエゼクタの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the ejector which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 上記実施形態に係る第3流体室に供給されるエアの圧力と吐出圧との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the pressure of the air supplied to the 3rd fluid chamber which concerns on the said embodiment, and discharge pressure.

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係るエゼクタが適用された燃料電池システム1の構成を示すブロック図である。
燃料電池システム1は、車両に搭載され、反応ガスを反応させて発電を行う燃料電池10と、この燃料電池10に水素ガスやエア(空気)を供給する供給装置20と、これらを制御する制御装置30と、を有する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system 1 to which an ejector according to a first embodiment of the present invention is applied.
A fuel cell system 1 is mounted on a vehicle and generates a power by reacting a reaction gas, a supply device 20 for supplying hydrogen gas or air (air) to the fuel cell 10, and a control for controlling them. Device 30.

このような燃料電池10は、アノード電極(陰極)側にアノードガスとしての水素ガスが供給され、カソード電極(陽極)側にカソードガスとしての酸素を含むエアが供給されると、電気化学反応により発電する。   In such a fuel cell 10, when hydrogen gas as an anode gas is supplied to the anode electrode (cathode) side and air containing oxygen as the cathode gas is supplied to the cathode electrode (anode) side, an electrochemical reaction occurs. Generate electricity.

供給装置20は、燃料電池10のカソード電極側にエアを供給するエアポンプ21と、アノード電極側に水素ガスを供給するアノードガス供給源としての水素タンク22およびエゼクタ50と、燃料電池10から排出されるガスを処理する希釈器23と、を含んで構成される。   The supply device 20 is discharged from the fuel cell 10, an air pump 21 that supplies air to the cathode electrode side of the fuel cell 10, a hydrogen tank 22 and an ejector 50 as anode gas supply sources that supply hydrogen gas to the anode electrode side, and the fuel cell 10. And a diluter 23 for processing the gas.

エアポンプ21は、エア供給路41を介して、燃料電池10のカソード電極側に接続されている。エア供給路41は途中で分岐されており、この分岐した部分は、エア分岐路411となり、後述のエゼクタ50に接続される。エア分岐路411には、オリフィス413と、エア分岐路411を流通するエアの流量を調整する流量調整バルブ412とが、上流側から下流側へ向かってこの順で設けられている。なお、この流量調整バルブ412には、例えば、エア分岐路411内のエアの排出するインジェクタが用いられる。燃料電池10のカソード電極側には、エア排出路42が接続され、このエア排出路42の途中には、上述の希釈器23が設けられる。   The air pump 21 is connected to the cathode electrode side of the fuel cell 10 via an air supply path 41. The air supply path 41 is branched in the middle, and this branched portion becomes an air branch path 411 and is connected to an ejector 50 described later. The air branch path 411 is provided with an orifice 413 and a flow rate adjusting valve 412 for adjusting the flow rate of air flowing through the air branch path 411 in this order from the upstream side to the downstream side. For example, an injector that discharges air in the air branch path 411 is used as the flow rate adjustment valve 412. An air discharge path 42 is connected to the cathode electrode side of the fuel cell 10, and the diluter 23 described above is provided in the middle of the air discharge path 42.

水素タンク22は、水素供給路43を介して、燃料電池10のアノード電極側に接続されている。水素供給路43には、上流側から順に、レギュレータ431、遮断弁432、およびエゼクタ50が設けられる。燃料電池10のアノード電極側には、水素排出路44が接続され、この水素排出路44は、希釈器23に接続される。この水素排出路44には、パージ弁441が設けられている。また、水素排出路44のうちパージ弁441よりも燃料電池10側では、水素排出路44が分岐されて水素還流路45となり、この水素還流路45は、上述のエゼクタ50に接続されている。また、水素還流路45には、水素ガスの逆流を防止する逆止弁451が設けられている。このパージ弁441を開くことにより、水素排出路44内の水素ガスは、希釈器23に流入し、エア排出路42内のエアで希釈されて排出される。   The hydrogen tank 22 is connected to the anode electrode side of the fuel cell 10 through a hydrogen supply path 43. In the hydrogen supply path 43, a regulator 431, a shut-off valve 432, and an ejector 50 are provided in this order from the upstream side. A hydrogen discharge path 44 is connected to the anode electrode side of the fuel cell 10, and this hydrogen discharge path 44 is connected to the diluter 23. A purge valve 441 is provided in the hydrogen discharge path 44. Further, in the hydrogen discharge path 44, on the fuel cell 10 side of the purge valve 441, the hydrogen discharge path 44 is branched to become a hydrogen recirculation path 45, and this hydrogen recirculation path 45 is connected to the ejector 50 described above. The hydrogen recirculation path 45 is provided with a check valve 451 that prevents the backflow of hydrogen gas. By opening the purge valve 441, the hydrogen gas in the hydrogen discharge path 44 flows into the diluter 23, is diluted with the air in the air discharge path 42, and is discharged.

なお以下では、エア供給路41と、エア分岐路411と、エア排出路42とで構成されるエアの流路を総称してカソード系という。また、水素供給路43と、水素排出路44と、水素還流路45とで構成される水素の循環流路を総称してアノード系という。   Hereinafter, the air flow path constituted by the air supply path 41, the air branch path 411, and the air discharge path 42 is collectively referred to as a cathode system. Further, the hydrogen circulation path constituted by the hydrogen supply path 43, the hydrogen discharge path 44, and the hydrogen reflux path 45 is collectively referred to as an anode system.

エゼクタ50は、燃料電池10から水素排出路44に排出された水素オフガスを、水素還流路45を通して回収し、水素供給路25に還流する。ここで、エゼクタ50は、エア分岐路411から導入するエアの圧力に基づいて、水素還流路45から回収する水素ガス流量を調整する。   The ejector 50 collects the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 10 to the hydrogen discharge path 44 through the hydrogen reflux path 45 and returns it to the hydrogen supply path 25. Here, the ejector 50 adjusts the flow rate of the hydrogen gas recovered from the hydrogen reflux path 45 based on the pressure of the air introduced from the air branch path 411.

制御装置30は、供給装置20を制御して、燃料電池10を発電させる。このとき、制御装置30は、流量調整バルブ412を駆動することでアノード系内の圧力を調整する。具体的には、制御装置30は、アノード系内の圧力を上昇させる場合には、流量調整バルブ412を駆動して、エゼクタ50に導入するエア圧力を上昇させる。一方、アノード系内の圧力を低下させる場合には、流量調整バルブ412を駆動して、エゼクタ50の導入するエア圧力を低下させる。   The control device 30 controls the supply device 20 to generate power in the fuel cell 10. At this time, the control device 30 adjusts the pressure in the anode system by driving the flow rate adjustment valve 412. Specifically, when increasing the pressure in the anode system, the control device 30 drives the flow rate adjustment valve 412 to increase the air pressure introduced into the ejector 50. On the other hand, when the pressure in the anode system is reduced, the flow rate adjustment valve 412 is driven to reduce the air pressure introduced by the ejector 50.

具体的には、制御装置30は、以下の手順で燃料電池10を発電させる。
すなわち、パージ弁441を閉じるとともに、遮断弁432を開く。そして、エアポンプ21を駆動することにより、エア供給路41を介して、燃料電池10のカソード側にエアを供給する。同時に、水素タンク22から、水素供給路43を介して、燃料電池10のアノード側に水素ガスを供給する。
Specifically, the control device 30 generates power in the fuel cell 10 according to the following procedure.
That is, the purge valve 441 is closed and the shut-off valve 432 is opened. Then, by driving the air pump 21, air is supplied to the cathode side of the fuel cell 10 through the air supply path 41. At the same time, hydrogen gas is supplied from the hydrogen tank 22 to the anode side of the fuel cell 10 through the hydrogen supply path 43.

燃料電池10に供給された水素ガスおよびエアは、発電に供された後、燃料電池10からアノード側の生成水などの残留水とともに、水素排出路44およびエア排出路42に流入する。パージ弁441は閉じているので、水素排出路44に流れた水素ガスは、水素還流路45を通って水素供給路43に還流されて、再利用される。   The hydrogen gas and air supplied to the fuel cell 10 are supplied for power generation, and then flow into the hydrogen discharge path 44 and the air discharge path 42 together with residual water such as produced water on the anode side from the fuel cell 10. Since the purge valve 441 is closed, the hydrogen gas that has flowed to the hydrogen discharge path 44 is returned to the hydrogen supply path 43 through the hydrogen reflux path 45 and reused.

ここで、エアポンプ21から供給されたエアの一部は、エア分岐路411にも流入する。流量調整バルブ412を駆動し、エア分岐路411を通ってエゼクタ50に流入するエアの圧力を変化させることにより、アノード系内の圧力を調整する。   Here, part of the air supplied from the air pump 21 also flows into the air branch path 411. The pressure in the anode system is adjusted by driving the flow rate adjusting valve 412 and changing the pressure of the air flowing into the ejector 50 through the air branch path 411.

その後、パージ弁441を適当な開度で開くことにより、水素排出路44に排出された水素ガスは、希釈器23に流入する。この希釈器23に流入した水素ガスは、希釈器23において、エア排出路42を流通するエアで希釈されて、外部に排出される。   Thereafter, by opening the purge valve 441 at an appropriate opening degree, the hydrogen gas discharged to the hydrogen discharge passage 44 flows into the diluter 23. The hydrogen gas flowing into the diluter 23 is diluted by the air flowing through the air discharge passage 42 in the diluter 23 and discharged to the outside.

図2は、エゼクタ50の構造を示す断面図である。
エゼクタ50は、筐体60と、この筐体60内部に固定されたニードル70と、このニードル70を収容する略筒状のノズル80と、を備える。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the ejector 50.
The ejector 50 includes a housing 60, a needle 70 fixed inside the housing 60, and a substantially cylindrical nozzle 80 that accommodates the needle 70.

ニードル70は略棒状であり、その先端部71には先端へ向かうに従い縮径するようにテーパ形状部77が形成されている。先端部71のうち、テーパ形状部77が形成された部分よりも基端側の外周面には環状の溝75が形成されており、この溝75には、シール部材としてのOリング76が嵌装されている。   The needle 70 is substantially rod-shaped, and a tapered portion 77 is formed at the distal end portion 71 so as to reduce the diameter toward the distal end. An annular groove 75 is formed on the outer peripheral surface of the distal end portion 71 on the base end side with respect to the portion where the tapered portion 77 is formed, and an O-ring 76 as a seal member is fitted into the groove 75. It is disguised.

ニードル70の中心には、延在方向に沿って伸びる貫通孔としてのガス流路72が、その基端面から先端部71にかけて形成されている。そして、ニードル70のうち、ノズル80の後述のテーパ形状部86に連通する部分、並びに、筐体60の後述の第1流体室63に連通する部分には、それぞれ、複数の貫通孔が形成されている。   In the center of the needle 70, a gas flow path 72 as a through hole extending along the extending direction is formed from the base end surface to the tip end 71. A plurality of through holes are formed in a portion of the needle 70 that communicates with a later-described tapered portion 86 of the nozzle 80 and a portion that communicates with a later-described first fluid chamber 63 of the housing 60. ing.

また、ニードル70の略中央には、ガス流路72に対し垂直に延びる鍔部73が形成されており、この鍔部73には円盤状のニードル支持部97が基端側から取り付けられている。さらにこのニードル支持部97は、固定ねじ98によりニードル70とともに筐体60の内壁面に固定される。   In addition, a flange 73 extending perpendicularly to the gas flow path 72 is formed at substantially the center of the needle 70, and a disk-shaped needle support 97 is attached to the flange 73 from the proximal end side. . Further, the needle support portion 97 is fixed to the inner wall surface of the housing 60 together with the needle 70 by a fixing screw 98.

ノズル80は、ニードル70の基端側に設けられた基端部81と、ニードル70の先端側に設けられた先端部82と、これら基端部81と先端部82とを連結する連結ピン88と、を備える。連結ピン88は、カラー89とともにニードル支持部97に形成された挿通孔99に挿通されている。   The nozzle 80 includes a proximal end portion 81 provided on the proximal end side of the needle 70, a distal end portion 82 provided on the distal end side of the needle 70, and a connecting pin 88 that connects the proximal end portion 81 and the distal end portion 82. And comprising. The connecting pin 88 is inserted into the insertion hole 99 formed in the needle support portion 97 together with the collar 89.

ノズル80の先端部82には、筐体60の延出方向に沿って延びる貫通孔としてのノズル流路83が形成されている。このノズル流路83は、ニードル70の鍔部73よりも先端側を収容するとともに、その先端面は、吐出口84となっている。また、このノズル流路83の先端側の吐出口84の近傍には、吐出口84へ向かって縮径するテーパ形状部86が形成され、さらにこのノズル流路83の基端側には、円筒状の軸受85が設けられている。
一方、ノズル80の基端部81には、ニードル70の鍔部73よりも基端側を収容する凹部87が形成されている。
A nozzle channel 83 as a through hole extending along the extending direction of the housing 60 is formed at the tip 82 of the nozzle 80. The nozzle flow path 83 accommodates the distal end side of the collar portion 73 of the needle 70, and the distal end surface serves as a discharge port 84. Further, a tapered portion 86 whose diameter decreases toward the discharge port 84 is formed in the vicinity of the discharge port 84 on the distal end side of the nozzle flow channel 83, and a cylindrical portion is formed on the proximal end side of the nozzle flow channel 83. A shaped bearing 85 is provided.
On the other hand, a concave portion 87 is formed in the proximal end portion 81 of the nozzle 80 so as to accommodate the proximal end side with respect to the collar portion 73 of the needle 70.

ニードル70の鍔部73よりも先端側は、ノズル80の先端部82のノズル流路83に挿入されて、軸受85に支持される。一方、ニードル70の鍔部73よりも基端側は、ノズル80の基端部81の凹部87に嵌合されて支持される。これにより、ニードル70はノズル80の内部に収容され、またノズル80はニードル70により同軸方向に進退可能に保持される。すなわち、ニードル70の先端部71とノズル80の吐出口84とは相対移動可能となる。   The tip side of the needle 70 from the collar 73 is inserted into the nozzle channel 83 of the tip 82 of the nozzle 80 and supported by the bearing 85. On the other hand, the proximal end side of the collar portion 73 of the needle 70 is fitted and supported by the concave portion 87 of the proximal end portion 81 of the nozzle 80. Thereby, the needle 70 is accommodated in the nozzle 80, and the nozzle 80 is held by the needle 70 so as to be able to advance and retreat in the coaxial direction. That is, the tip 71 of the needle 70 and the discharge port 84 of the nozzle 80 can be moved relative to each other.

また、ノズル80の前進する方向への移動は、ノズル80の基端部81がニードル支持部97に接することにより規制される(後述の図3参照)。この状態で、ニードル70の先端部71とノズル80の吐出口84とは最も離隔した状態となる。
一方、ノズル80の後退する方向への移動は、ノズル80の先端部82のテーパ形状部86がニードル70のOリング76に接することにより規制される(後述の図4参照)。この状態で、ノズル80の吐出口84とニードル70の先端部71とは最も接近した状態となる。
なお以下の説明では、ニードル70のOリング76がノズル80のテーパ形状部86に接した状態から、ノズル80が前進する方向へ変位した量をストローク量という。
Further, the movement of the nozzle 80 in the forward direction is restricted by the proximal end portion 81 of the nozzle 80 coming into contact with the needle support portion 97 (see FIG. 3 described later). In this state, the tip 71 of the needle 70 and the discharge port 84 of the nozzle 80 are in the most separated state.
On the other hand, the movement of the nozzle 80 in the backward direction is restricted by the taper-shaped portion 86 of the tip portion 82 of the nozzle 80 coming into contact with the O-ring 76 of the needle 70 (see FIG. 4 described later). In this state, the discharge port 84 of the nozzle 80 and the tip portion 71 of the needle 70 are in the closest state.
In the following description, the amount of displacement in the direction in which the nozzle 80 advances from the state in which the O-ring 76 of the needle 70 is in contact with the tapered portion 86 of the nozzle 80 is referred to as a stroke amount.

以上のニードル70およびノズル80によれば、ノズル80の基端部81と先端部82との間に導入された水素ガスは、ノズル流路83に設けられたニードル70のガス流路72内に導入され、ノズル流路83内のニードル70との隙間を流通して、ノズル80の吐出口84から吐出される。   According to the needle 70 and the nozzle 80 described above, the hydrogen gas introduced between the base end portion 81 and the tip end portion 82 of the nozzle 80 enters the gas flow path 72 of the needle 70 provided in the nozzle flow path 83. It is introduced and flows through the gap between the nozzle 70 and the needle 70 and is discharged from the discharge port 84 of the nozzle 80.

筐体60は、略筒状であり、この筐体60の先端面には、送出口61が形成される。この送出口61には、水素供給路43を介して燃料電池10が接続される。   The housing 60 has a substantially cylindrical shape, and a delivery port 61 is formed on the front end surface of the housing 60. The fuel cell 10 is connected to the delivery port 61 via the hydrogen supply path 43.

また、筐体60には、ノズル80を付勢してノズル80とニードル70との相対位置を保持する2つのばね95,96と、筐体60の基端面に螺合されて、これらばね95,96の付勢力を調整する調整ねじ92と、が設けられている。ばね95は、ノズル80を先端部82側から基端部81側へ向かって付勢する。一方ばね96は、ばね95とは逆に、ノズル80を基端部81側から先端部82側へ向かって付勢する。   The casing 60 is screwed into the base end surface of the casing 60 with two springs 95 and 96 that urge the nozzle 80 to maintain the relative position between the nozzle 80 and the needle 70. , 96 and an adjusting screw 92 for adjusting the urging force. The spring 95 biases the nozzle 80 from the distal end portion 82 side toward the proximal end portion 81 side. On the other hand, the spring 96 urges the nozzle 80 from the proximal end portion 81 side toward the distal end portion 82 side, contrary to the spring 95.

ノズル80の外壁面と筐体60の内壁面との間の空間は、ノズル80の先端側に位置する第2流体室62、ノズル80の中央部側に位置する第1流体室63、ノズル80の基端側に位置する第3流体室64の3つに仕切られている。つまり、第1流体室63は、第2流体室62と第3流体室64との間に設けられている。   The space between the outer wall surface of the nozzle 80 and the inner wall surface of the housing 60 is a second fluid chamber 62 located on the tip side of the nozzle 80, a first fluid chamber 63 located on the center side of the nozzle 80, and the nozzle 80. Is divided into three third fluid chambers 64 located on the base end side. That is, the first fluid chamber 63 is provided between the second fluid chamber 62 and the third fluid chamber 64.

第1流体室63と第2流体室62とは、第1ダイアフラム65で仕切られている。この第1ダイアフラム65は、ノズル80の先端部82と筐体60の内壁面との間に形成されている。第1流体室63と第3流体室64とは、第2ダイアフラム66で仕切られている。この第2ダイアフラム66は、ノズル80の基端部81と筐体60の内壁面との間に形成されている。   The first fluid chamber 63 and the second fluid chamber 62 are partitioned by a first diaphragm 65. The first diaphragm 65 is formed between the tip portion 82 of the nozzle 80 and the inner wall surface of the housing 60. The first fluid chamber 63 and the third fluid chamber 64 are partitioned by a second diaphragm 66. The second diaphragm 66 is formed between the base end portion 81 of the nozzle 80 and the inner wall surface of the housing 60.

すなわち、第1流体室63は、第1ダイアフラム65および第2ダイアフラム66で仕切られて、ノズル80の基端部81と先端部82との間に設けられることになる。また、これら第1ダイアフラム65および第2ダイアフラム66の有効面積は略同一となっている。   That is, the first fluid chamber 63 is partitioned by the first diaphragm 65 and the second diaphragm 66 and is provided between the proximal end portion 81 and the distal end portion 82 of the nozzle 80. The effective areas of the first diaphragm 65 and the second diaphragm 66 are substantially the same.

筐体60には、第1流体室63に連通する第1連通孔67、第2流体室62に連通する第2連通孔68、および、第3流体室64に連通する第3連通孔69が形成されている。第1連通孔67には、水素供給路43を介して水素タンク22が接続され、この第1連通孔67を通して、水素タンク22から第1ガスとしての水素ガスが第1流体室63に導入される。そして、この第1流体室63に導入された水素ガスは、ノズル80に導入されて、ノズル80の吐出口84から吐出される。   The housing 60 includes a first communication hole 67 that communicates with the first fluid chamber 63, a second communication hole 68 that communicates with the second fluid chamber 62, and a third communication hole 69 that communicates with the third fluid chamber 64. Is formed. The hydrogen tank 22 is connected to the first communication hole 67 through the hydrogen supply path 43, and hydrogen gas as the first gas is introduced from the hydrogen tank 22 into the first fluid chamber 63 through the first communication hole 67. The The hydrogen gas introduced into the first fluid chamber 63 is introduced into the nozzle 80 and discharged from the discharge port 84 of the nozzle 80.

第2連通孔68には、水素還流路45が接続され、この第2連通孔68を通して、燃料電池10から排出された第2ガスとしてのアノードオフガスが第2流体室62に導入される。第3連通孔69には、エア分岐路411が接続され、この第3連通孔69を通して、第3ガスとしてのエアが第3流体室64にエア信号圧として導入される。   The hydrogen recirculation path 45 is connected to the second communication hole 68, and the anode off gas as the second gas discharged from the fuel cell 10 is introduced into the second fluid chamber 62 through the second communication hole 68. An air branch path 411 is connected to the third communication hole 69, and air as a third gas is introduced into the third fluid chamber 64 as an air signal pressure through the third communication hole 69.

筐体60の先端側の形状は、ディフューザ93となっており、ノズル80の吐出口84に接続されている。このディフューザ93は、具体的には、筐体60の内径が送出口61に向かうに従い急激に狭くなり、その後、緩やかに拡がることにより形成される。ディフューザ93は、ノズル80の吐出口84から吐出された水素ガスの流速を上昇させて送出口61から送出し、この送出される水素ガスの負圧により、第2流体室62に導入されるアノードオフガスを吸引して、吐出口84から吐出される水素ガスに合流させる。   The shape of the front end side of the housing 60 is a diffuser 93 and is connected to the discharge port 84 of the nozzle 80. Specifically, the diffuser 93 is formed by abruptly narrowing the inner diameter of the housing 60 toward the delivery port 61 and then gradually expanding. The diffuser 93 increases the flow rate of the hydrogen gas discharged from the discharge port 84 of the nozzle 80 and sends it out from the delivery port 61. The anode introduced into the second fluid chamber 62 by the negative pressure of the delivered hydrogen gas. The off-gas is sucked and merged with the hydrogen gas discharged from the discharge port 84.

第3流体室64がノズル80の基端側に設けられているため、ニードル70とノズル80とは、第3流体室64に導入されたエア信号圧により、それぞれの先端部71と吐出口84が互いに離隔する方向に相対移動される。一方、第2流体室62がノズル80の先端側に設けられているため、ニードル70とノズル80とは、第2流体室62に導入されたアノードオフガスの圧力により、それぞれの先端部71と吐出口84が互いに接近する方向に相対移動される。つまり、第3流体室64に作用するエア信号圧をPairとし、第2流体室62に作用する水素ガスの吐出圧(アノード系内の圧力)をPoutとし、第1ダイアフラム65および第2ダイアフラム66の有効面積をSとし、ノズル80を第3流体室64側へ後退させる2つのばね95,96による付勢力をFとすると、下記式が成立する。
F=(Pair−Pout)×S
Since the third fluid chamber 64 is provided on the proximal end side of the nozzle 80, the needle 70 and the nozzle 80 are respectively brought into the distal end portion 71 and the discharge port 84 by the air signal pressure introduced into the third fluid chamber 64. Are moved relative to each other in a direction away from each other. On the other hand, since the second fluid chamber 62 is provided on the distal end side of the nozzle 80, the needle 70 and the nozzle 80 are discharged from the respective distal end portions 71 by the pressure of the anode off gas introduced into the second fluid chamber 62. The outlets 84 are moved relative to each other in a direction approaching each other. That is, the air signal pressure acting on the third fluid chamber 64 is P air , the hydrogen gas discharge pressure (pressure in the anode system) acting on the second fluid chamber 62 is P out, and the first diaphragm 65 and the second diaphragm When the effective area of the diaphragm 66 is S and the urging force by the two springs 95 and 96 for moving the nozzle 80 backward to the third fluid chamber 64 side is F, the following equation is established.
F = (P air −P out ) × S

したがって、第1ダイアフラム65および第2ダイアフラム66の有効面積を同一のものとすると、第3流体室64と第2流体室62との差圧(Pair−Pout)は、ばね95,96による付勢力Fのみにより規定されることとなる。一方、ばね95,96による付勢力Fは、ノズル80のストローク量、すなわちノズル80とニードル70との相対位置に応じて変化する。したがって、第3流体室64と第2流体室62との差圧(Pair−Pout)に応じて、ニードル70の先端部71とノズル80の吐出口84との相対位置が変化し、その結果、後に詳述するように吐出口84から吐出される水素ガスの流量や吐出圧が調整される。 Therefore, if the effective areas of the first diaphragm 65 and the second diaphragm 66 are the same, the differential pressure (P air −P out ) between the third fluid chamber 64 and the second fluid chamber 62 is caused by the springs 95 and 96. It is defined only by the urging force F. On the other hand, the urging force F by the springs 95 and 96 changes according to the stroke amount of the nozzle 80, that is, the relative position between the nozzle 80 and the needle 70. Therefore, the relative position between the tip 71 of the needle 70 and the discharge port 84 of the nozzle 80 changes according to the pressure difference (P air −P out ) between the third fluid chamber 64 and the second fluid chamber 62, As a result, as described in detail later, the flow rate and discharge pressure of the hydrogen gas discharged from the discharge port 84 are adjusted.

次に、以上のように構成されたエゼクタ50の動作について、図3および図4を参照して説明する。
図3および図4は、それぞれエゼクタ50の動作を説明するための断面図である。より具体的には、図3は、ノズル80の吐出口84とニードル70の先端部71とが互いに離隔する方向に相対移動した状態におけるエゼクタ50の断面図である。図4は、ノズル80の吐出口84とニードル70の先端部71とが互いに接近する方向に相対移動した状態におけるエゼクタ50の断面図である。
Next, the operation of the ejector 50 configured as described above will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
3 and 4 are cross-sectional views for explaining the operation of the ejector 50. More specifically, FIG. 3 is a cross-sectional view of the ejector 50 in a state in which the discharge port 84 of the nozzle 80 and the distal end portion 71 of the needle 70 are relatively moved in a direction away from each other. FIG. 4 is a cross-sectional view of the ejector 50 in a state in which the discharge port 84 of the nozzle 80 and the distal end portion 71 of the needle 70 are relatively moved in a direction approaching each other.

第3流体室64に導入されたエア信号圧が、所定値ここでは第2流体室62に導入されたアノードオフガスの圧力よりも高い場合、図3に示すように、ノズル80が前進する。そして、第1流体室63に導入された水素ガスは、ノズル流路83に設けられたニードル70のガス流路72内に導入され、Oリング76とノズル80のテーパ形状部86との隙間、およびニードル70のテーパ形状部77と吐出口84との隙間を流通して、ノズル80から吐出される。ノズル80から吐出された水素ガスは、ディフューザ93により流速が上昇して送出口61から送出される。第2流体室62に導入されたアノードオフガスは、このように水素ガスを送出することで発生した負圧により吸引され、吐出口84から吐出される水素ガスに合流する。   If the air signal pressure introduced into the third fluid chamber 64 is higher than a predetermined value, here, the pressure of the anode off-gas introduced into the second fluid chamber 62, the nozzle 80 advances as shown in FIG. The hydrogen gas introduced into the first fluid chamber 63 is introduced into the gas flow path 72 of the needle 70 provided in the nozzle flow path 83, and the gap between the O-ring 76 and the tapered portion 86 of the nozzle 80, In addition, the liquid is discharged from the nozzle 80 through the gap between the tapered portion 77 of the needle 70 and the discharge port 84. The hydrogen gas discharged from the nozzle 80 is sent out from the delivery port 61 with the flow velocity increased by the diffuser 93. The anode off gas introduced into the second fluid chamber 62 is sucked by the negative pressure generated by sending the hydrogen gas in this way, and merges with the hydrogen gas discharged from the discharge port 84.

ここで、第3流体室64に導入されたエア信号圧を上昇させると、ノズル80がさらに前進する。そして、ノズル80の吐出口84とニードル70のテーパ形状部77との隙間、すなわち吐出口84の開口面積が大きくなる。その結果、ノズル80から吐出される水素ガス流量が増加し、アノード系内の圧力が上昇する。一方、第3流体室64に導入されたエア信号圧を低下させると、吐出口84の開口面積が小さくなる。その結果、ノズル80から吐出される水素ガス流量が減少し、アノード系内の圧力が低下する。   Here, when the air signal pressure introduced into the third fluid chamber 64 is increased, the nozzle 80 further advances. And the clearance gap between the discharge port 84 of the nozzle 80 and the taper-shaped part 77 of the needle 70, ie, the opening area of the discharge port 84, becomes large. As a result, the flow rate of hydrogen gas discharged from the nozzle 80 increases, and the pressure in the anode system increases. On the other hand, when the air signal pressure introduced into the third fluid chamber 64 is reduced, the opening area of the discharge port 84 is reduced. As a result, the flow rate of hydrogen gas discharged from the nozzle 80 decreases, and the pressure in the anode system decreases.

また、第3流体室64に導入されたエア信号圧が、所定値ここでは第2流体室62に導入されるアノードオフガスの圧力以下である場合、図4に示すように、ノズル80が後退する。そして、図4に示すように、ニードル70のOリング76がノズル流路83のテーパ形状部86に接し、ノズル流路83を遮断する。これにより、ノズル80から吐出される水素ガスの流量はゼロになる。   When the air signal pressure introduced into the third fluid chamber 64 is equal to or lower than a predetermined value, here, the pressure of the anode off gas introduced into the second fluid chamber 62, the nozzle 80 moves backward as shown in FIG. . Then, as shown in FIG. 4, the O-ring 76 of the needle 70 is in contact with the tapered portion 86 of the nozzle channel 83 and blocks the nozzle channel 83. Thereby, the flow rate of the hydrogen gas discharged from the nozzle 80 becomes zero.

次に、ノズル80のストローク量を変化させたときにおけるノズル流路83内の水素ガスの流れの変化について、図5〜図7を参照して説明する。
図5〜図7は、それぞれ、ノズル80の先端部82およびニードル70の先端部71の構造を示す断面図である。より具体的には、図5はストローク量が最小のときの断面図であり、図7はストローク量が最大のときの断面図である。図6は、ストローク量がこれら図5および図7の中間のときの断面図である。
Next, changes in the flow of hydrogen gas in the nozzle flow path 83 when the stroke amount of the nozzle 80 is changed will be described with reference to FIGS.
5 to 7 are cross-sectional views showing the structures of the tip portion 82 of the nozzle 80 and the tip portion 71 of the needle 70, respectively. More specifically, FIG. 5 is a cross-sectional view when the stroke amount is minimum, and FIG. 7 is a cross-sectional view when the stroke amount is maximum. FIG. 6 is a cross-sectional view when the stroke amount is intermediate between those shown in FIGS.

上述のようにノズル80から吐出される水素ガスの流量は、ノズル80のストローク量に応じて調整されるようになっている。より具体的には、Oリング76とノズル80のテーパ形状部86との隙間、および、ニードル70のテーパ形状部77と吐出口84との隙間の異なる2つの部分において、ノズル流路83内の水素ガスの流れを制限することにより、ノズル80から吐出される水素ガスの流量が制御される。   As described above, the flow rate of the hydrogen gas discharged from the nozzle 80 is adjusted according to the stroke amount of the nozzle 80. More specifically, in the two portions where the gap between the O-ring 76 and the tapered portion 86 of the nozzle 80 and the gap between the tapered portion 77 and the discharge port 84 of the needle 70 are different, By restricting the flow of hydrogen gas, the flow rate of hydrogen gas discharged from the nozzle 80 is controlled.

先ず、図5に示す状態では、Oリング76がノズル80のテーパ形状部86に接しており、ノズル流路83は遮断され、ノズル80から吐出される水素ガスの流量はゼロとなる。ノズル流路83を遮断した状態からストローク量を増加すると、Oリング76とノズル80のテーパ形状部86との間に隙間が形成され、これにより、ノズル80から水素ガスが吐出され始める。ここで、ストローク量が僅かである場合、ニードル70のテーパ形状部77側の隙間よりもOリング76側の隙間の方が小さいため、ノズル80から吐出される水素ガスの流量はOリング76側の隙間の大きさに応じて制御される。   First, in the state shown in FIG. 5, the O-ring 76 is in contact with the tapered portion 86 of the nozzle 80, the nozzle channel 83 is blocked, and the flow rate of hydrogen gas discharged from the nozzle 80 becomes zero. When the stroke amount is increased from the state in which the nozzle flow path 83 is blocked, a gap is formed between the O-ring 76 and the tapered portion 86 of the nozzle 80, whereby hydrogen gas begins to be discharged from the nozzle 80. Here, when the stroke amount is small, since the clearance on the O-ring 76 side is smaller than the clearance on the tapered portion 77 side of the needle 70, the flow rate of the hydrogen gas discharged from the nozzle 80 is on the O-ring 76 side. It is controlled according to the size of the gap.

図5に示す状態からストローク量を増加し、図6に示す状態にすると、Oリング76側の隙間が吐出口84側の隙間よりも大きくなる。このため、ノズル80から吐出される水素ガスの流量を制御する部分は、Oリング76側からテーパ形状部77側へと移行する。そして、図6に示す状態から図7に示すストローク量が最大の状態になるまでは、ノズル80から吐出される水素ガスの流量は、テーパ形状部77側の隙間の大きさに応じて制御されることとなる。   When the stroke amount is increased from the state shown in FIG. 5 to the state shown in FIG. 6, the gap on the O-ring 76 side becomes larger than the gap on the discharge port 84 side. For this reason, the portion that controls the flow rate of the hydrogen gas discharged from the nozzle 80 shifts from the O-ring 76 side to the tapered portion 77 side. From the state shown in FIG. 6 to the maximum stroke amount shown in FIG. 7, the flow rate of the hydrogen gas discharged from the nozzle 80 is controlled according to the size of the gap on the tapered portion 77 side. The Rukoto.

次に、水素ガスの流量制御性について、図8および図9を参照して本実施形態のエゼクタ50と従来のエゼクタとを比較する。
図8は、従来のエゼクタ150の構造を示す断面図である。
上述のように、本実施形態のエゼクタ50では、ニードル70の先端部71に設けられたOリング76により、水素ガスが流通するノズル流路83を締切る。これに対して、従来のエゼクタ150では、ニードル170のうち軸受185よりも基端側に設けられた円盤状のバルブ173が設けられ、ノズル180の先端部182のうちバルブ173と対向する部分には環状のゴムシール178が設けられている。すなわち、従来のエゼクタ150は、ノズル180が後退すると、バルブ173がゴムシール178に接することにより、水素ガスの流路を遮断する構造となっている。
Next, regarding the flow rate controllability of hydrogen gas, the ejector 50 of the present embodiment and a conventional ejector will be compared with reference to FIGS. 8 and 9.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional ejector 150.
As described above, in the ejector 50 of the present embodiment, the nozzle flow path 83 through which hydrogen gas flows is closed by the O-ring 76 provided at the tip 71 of the needle 70. On the other hand, in the conventional ejector 150, a disc-like valve 173 provided on the proximal end side of the needle 170 with respect to the bearing 185 is provided, and a portion of the tip portion 182 of the nozzle 180 facing the valve 173 is provided. An annular rubber seal 178 is provided. That is, the conventional ejector 150 has a structure in which when the nozzle 180 moves backward, the valve 173 comes into contact with the rubber seal 178 to block the hydrogen gas flow path.

図8に示すように、ノズル流路183内のニードル170との隙間に水素ガスを流通させる構造のエゼクタ150では、水素ガスの流路を遮断するバルブ173を軸受185よりも基端側に設けると、バルブ173の径を軸受185の径よりも大きくせざるを得ない。このため、バルブ173の径は吐出口184の径と比較して非常に大きくなってしまう。   As shown in FIG. 8, in the ejector 150 having a structure in which hydrogen gas is circulated in the gap with the needle 170 in the nozzle flow path 183, a valve 173 that shuts off the hydrogen gas flow path is provided on the base end side from the bearing 185. Then, the diameter of the valve 173 must be larger than the diameter of the bearing 185. For this reason, the diameter of the valve 173 is much larger than the diameter of the discharge port 184.

図9は、水素ガスの流量とノズルのストローク量との関係を示す図である。図9において、破線は従来のエゼクタ150における上記関係を示し、実線は本実施形態のエゼクタ50における上記関係を示す。   FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the flow rate of hydrogen gas and the stroke amount of the nozzle. In FIG. 9, the broken line indicates the relationship in the conventional ejector 150, and the solid line indicates the relationship in the ejector 50 of the present embodiment.

図9に示すように、水素ガスの流路を締切るバルブ173の径が吐出口184の径に対して大きいと、このバルブ173側の部分で流量が制御されるストローク量の小さい領域では、僅かなストローク量の変化で水素ガスの流量が大きく変化する。このため、水素ガスの流量を制御する部分が、バルブ173側からニードル170のテーパ形状部177側に移行する際、ストローク量に対する水素ガスの流量の変化率が急激に変化してしまう。   As shown in FIG. 9, when the diameter of the valve 173 that shuts off the hydrogen gas flow path is larger than the diameter of the discharge port 184, in the region where the flow rate is controlled in the portion on the valve 173 side, The flow rate of hydrogen gas changes greatly with a slight change in stroke amount. For this reason, when the portion that controls the flow rate of hydrogen gas shifts from the valve 173 side to the tapered portion 177 side of the needle 170, the rate of change of the hydrogen gas flow rate with respect to the stroke amount changes abruptly.

これに対して本実施形態では、吐出口84に近い径を有するOリング76で水素ガスの流路を締切ることにより、ストローク量の変化に対する水素ガスの流量の変化を、従来と比較して小さくすることができる。このため、水素ガスの流量を制御する部分が、Oリング76側からテーパ形状部77側に移行する際における、ストローク量に対する水素ガスの流量の変化率の変化をなだらかにすることができるので、従来と比較して、低流量域における水素ガスの流量制御性を向上することができる。また、従来と比較して小さな面積で締切るため、より小さな力で締切ることができ、結果として締切り性を向上することもできる。   On the other hand, in this embodiment, the change in the flow rate of the hydrogen gas with respect to the change in the stroke amount is compared with the conventional case by closing the hydrogen gas flow path with the O-ring 76 having a diameter close to the discharge port 84. Can be small. For this reason, when the portion that controls the flow rate of the hydrogen gas is shifted from the O-ring 76 side to the tapered portion 77 side, the change in the rate of change of the hydrogen gas flow rate relative to the stroke amount can be made smooth. Compared with the prior art, the flow rate controllability of hydrogen gas in a low flow rate region can be improved. Moreover, since it cuts off by a small area compared with the past, it can cut down with a smaller force, As a result, a cut-off property can also be improved.

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
(1)第3流体室64に導入されるエア信号圧に基づいて、ニードル70の先端部71とノズル80の吐出口84とを相対移動させることで、ノズル80の吐出口84から吐出される水素ガスの流量を調整する。また、ノズル流路83に吐出口84へ向かって縮径するテーパ形状部86を設け、さらにこのノズル流路83内に収容されるニードル70の先端部71にOリング76を設けた。そして、吐出口84から吐出される水素ガスの流れを遮断する場合、すなわちノズル流路83を締切る場合、ニードル70の先端部71とノズル80の吐出口84とを互いに接近する方向に相対移動し、Oリング76とテーパ形状部86とを密接させる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(1) Based on the air signal pressure introduced into the third fluid chamber 64, the distal end portion 71 of the needle 70 and the discharge port 84 of the nozzle 80 are moved relative to each other, thereby being discharged from the discharge port 84 of the nozzle 80. Adjust the hydrogen gas flow rate. Further, a tapered portion 86 having a diameter reduced toward the discharge port 84 is provided in the nozzle channel 83, and an O-ring 76 is provided at the tip 71 of the needle 70 accommodated in the nozzle channel 83. When the flow of hydrogen gas discharged from the discharge port 84 is interrupted, that is, when the nozzle flow path 83 is shut off, the distal end portion 71 of the needle 70 and the discharge port 84 of the nozzle 80 are relatively moved in a direction approaching each other. Then, the O-ring 76 and the tapered portion 86 are brought into close contact with each other.

また、ニードル70を収容するノズル流路83のうち吐出口84近傍のテーパ形状部86において、ニードル70の先端部71に設けられたOリング76で締切ることにより、このOリング76の径を吐出口84の径に近いものにすることができる。このため、ノズル流路83の締切り近傍の低流量域における水素ガスの流量をなだらかに変化させ、かつ、吐出圧を連続的に変化させることができるので、低流量域における水素ガスの流量制御性を向上することができる。また、Oリング76の径を吐出口84の径に近づけることにより、より小さな力でノズル流路83を締切ることができる。   Further, the diameter of the O-ring 76 is reduced by tightening with the O-ring 76 provided at the distal end portion 71 of the needle 70 in the tapered portion 86 in the vicinity of the discharge port 84 in the nozzle flow path 83 that accommodates the needle 70. The diameter can be close to the diameter of the discharge port 84. For this reason, the flow rate of hydrogen gas in the low flow rate region near the cutoff of the nozzle flow path 83 can be gently changed and the discharge pressure can be continuously changed. Can be improved. Further, by making the diameter of the O-ring 76 close to the diameter of the discharge port 84, the nozzle channel 83 can be shut off with a smaller force.

(2)第1流体室63と第2流体室62とを第1ダイアフラム65で仕切るとともに、第1流体室63と第3流体室64とを第2ダイアフラム66で仕切る。そして、エア分岐路411からのエアの圧力により、ニードル70とノズル80とを互いに接近する方向に相対移動させ、水素還流路45からのアノードオフガスの圧力により、ニードル70とノズル80とを互いに離隔する方向に相対移動させる。   (2) The first fluid chamber 63 and the second fluid chamber 62 are partitioned by the first diaphragm 65, and the first fluid chamber 63 and the third fluid chamber 64 are partitioned by the second diaphragm 66. Then, the needle 70 and the nozzle 80 are relatively moved in a direction approaching each other by the air pressure from the air branch passage 411, and the needle 70 and the nozzle 80 are separated from each other by the pressure of the anode off-gas from the hydrogen reflux passage 45. Relative movement in the direction.

これにより、水素タンク22からの水素ガスの圧力が変動すると、この圧力の変動は、第1流体室63の両側に形成されたダイアフラム65,66を介して、第2流体室62および第3流体室64に伝わる。よって、第2流体室62に導入された水素還流路45からのアノードオフガスと第3流体室64に導入されたエア分岐路411からのエアとは、圧力変動の影響を受けることになるが、水素還流路45からのアノードオフガスとエア分岐路411からのエアとでは、ニードル70とノズル80とを相対移動させる方向が逆になるため、この圧力変動の影響は相殺される。よって、ノズル80とニードル70とを相対移動させる力は、第2流体室62と第3流体室64との差圧にのみ依存することになる。したがって、エゼクタ50から送出するガス流量を一定にできる。その結果、第1流体室63に導入する水素ガスの圧力を制御するレギュレータが不要となる。   Thereby, when the pressure of the hydrogen gas from the hydrogen tank 22 fluctuates, the fluctuation of the pressure is caused by the second fluid chamber 62 and the third fluid via the diaphragms 65 and 66 formed on both sides of the first fluid chamber 63. It is transmitted to chamber 64. Therefore, the anode off gas from the hydrogen reflux path 45 introduced into the second fluid chamber 62 and the air from the air branch path 411 introduced into the third fluid chamber 64 are affected by pressure fluctuations. In the anode off-gas from the hydrogen recirculation path 45 and the air from the air branch path 411, the directions in which the needle 70 and the nozzle 80 are moved relative to each other are reversed, so the influence of this pressure fluctuation is offset. Therefore, the force that relatively moves the nozzle 80 and the needle 70 depends only on the differential pressure between the second fluid chamber 62 and the third fluid chamber 64. Therefore, the flow rate of gas delivered from the ejector 50 can be made constant. As a result, a regulator for controlling the pressure of the hydrogen gas introduced into the first fluid chamber 63 becomes unnecessary.

(3)Oリング76をニードル70の先端部71の外周面に形成された環状の溝75に保持させた。これにより、例えばシール部材を焼き付けた場合と比較して、小型で簡便な構造にすることができかつ生産コストを抑えることができる。   (3) The O-ring 76 was held in an annular groove 75 formed on the outer peripheral surface of the tip portion 71 of the needle 70. Thereby, compared with the case where a sealing member is baked, for example, it can be set as a small and simple structure, and production cost can be held down.

(4)第2流体室62に導入されるアノードオフガスをノズル80の基端側に導入しないので、アノードオフガスに含まれる水分が凍結しても、エゼクタ50の性能が低下するのを防止できる。   (4) Since the anode off-gas introduced into the second fluid chamber 62 is not introduced into the base end side of the nozzle 80, it is possible to prevent the performance of the ejector 50 from deteriorating even when moisture contained in the anode off-gas is frozen.

[第2実施形態]
本発明の第2実施形態について、図10および図11を参照して説明する。
以下の第2実施形態の説明にあたって、第1実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
[Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
In the following description of the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.

図10は、本発明の第2実施形態に係るエゼクタ50Aの構造を示す断面図である。本実施形態のエゼクタ50Aは、筐体60Aおよびノズル80Aの構成が第1実施形態と異なる。   FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of an ejector 50A according to the second embodiment of the present invention. The ejector 50A of the present embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the housing 60A and the nozzle 80A.

ノズル80Aの外壁面と筐体60Aの内壁面との間の空間は、ノズル80Aの先端側に位置する第2流体室62、ノズル80Aの中央部側に位置する第1流体室63A、ノズル80Aの基端側に位置する第3流体室64A、第1流体室63Aと第3流体室64Aとの間に設けられた第4流体室101Aの3つに仕切られている。   The space between the outer wall surface of the nozzle 80A and the inner wall surface of the housing 60A is a second fluid chamber 62 located on the tip side of the nozzle 80A, a first fluid chamber 63A located on the center side of the nozzle 80A, and the nozzle 80A. The third fluid chamber 64A located on the base end side, and the fourth fluid chamber 101A provided between the first fluid chamber 63A and the third fluid chamber 64A are partitioned into three.

第1流体室63Aと第2流体室62とは、第1ダイアフラム65Aで仕切られている。この第1ダイアフラム65は、ノズル80Aの先端部82と筐体60Aの内壁面との間に形成されている。第1流体室63と第4流体室101Aとは、第2ダイアフラム66Aで仕切られている。この第2ダイアフラム66Aは、ノズル80Aの基端部81Aと筐体60Aの内壁面との間に形成されている。第3流体室64Aと第4流体室101Aとは、第3ダイアフラム102Aで仕切られている。この第3ダイアフラム102Aは、ノズル80Aの基端部81Aと筐体60Aの内壁面との間のうち第2ダイアフラム66Aよりも基端側に形成されている。
すなわち、第1流体室63Aは、第1ダイアフラム65Aおよび第2ダイアフラム66Aで仕切られて、ノズル80Aの基端部81Aと先端部82との間に設けられることになる。また、これら第1ダイアフラム65Aおよび第2ダイアフラム66Aの有効面積は略同一となっており、第3ダイアフラム102Aの有効面積は第1ダイアフラム65Aおよび第2ダイアフラム66Aの有効面積と異なっている。
The first fluid chamber 63A and the second fluid chamber 62 are partitioned by a first diaphragm 65A. The first diaphragm 65 is formed between the tip portion 82 of the nozzle 80A and the inner wall surface of the housing 60A. The first fluid chamber 63 and the fourth fluid chamber 101A are partitioned by a second diaphragm 66A. The second diaphragm 66A is formed between the base end portion 81A of the nozzle 80A and the inner wall surface of the housing 60A. The third fluid chamber 64A and the fourth fluid chamber 101A are partitioned by a third diaphragm 102A. The third diaphragm 102A is formed closer to the base end side than the second diaphragm 66A between the base end portion 81A of the nozzle 80A and the inner wall surface of the housing 60A.
That is, the first fluid chamber 63A is partitioned by the first diaphragm 65A and the second diaphragm 66A, and is provided between the proximal end portion 81A and the distal end portion 82 of the nozzle 80A. The effective areas of the first diaphragm 65A and the second diaphragm 66A are substantially the same, and the effective area of the third diaphragm 102A is different from the effective areas of the first diaphragm 65A and the second diaphragm 66A.

筐体60Aには、第1流体室63Aに連通する第1連通孔67、第2流体室62に連通する第2連通孔68、第3流体室64Aに連通する第3連通孔69の他、第4流体室101Aに連通する第4連通孔103Aが形成されている。第4流体室101Aは、この第4連通孔103Aを介して大気に連通する。   The housing 60A includes a first communication hole 67 that communicates with the first fluid chamber 63A, a second communication hole 68 that communicates with the second fluid chamber 62, a third communication hole 69 that communicates with the third fluid chamber 64A, A fourth communication hole 103A communicating with the fourth fluid chamber 101A is formed. The fourth fluid chamber 101A communicates with the atmosphere through the fourth communication hole 103A.

第3流体室64Aがノズル80Aの基端側に設けられているため、ニードル70とノズル80Aとは、第3流体室64Aに導入されたエア信号圧により、それぞれの先端部71と吐出口84が互いに離隔する方向に相対移動される。一方、第2流体室62がノズル80Aの先端側に設けられているため、ニードル70とノズル80Aとは、第2流体室62Aに導入されたアノードオフガスの圧力により、それぞれの先端部71と吐出口84が互いに接近する方向に相対移動される。   Since the third fluid chamber 64A is provided on the proximal end side of the nozzle 80A, the needle 70 and the nozzle 80A are respectively brought into the distal end portion 71 and the discharge port 84 by the air signal pressure introduced into the third fluid chamber 64A. Are moved relative to each other in a direction away from each other. On the other hand, since the second fluid chamber 62 is provided on the distal end side of the nozzle 80A, the needle 70 and the nozzle 80A are separated from the respective distal end portions 71 by the pressure of the anode off-gas introduced into the second fluid chamber 62A. The outlets 84 are moved relative to each other in a direction approaching each other.

第3流体室64Aに作用するエア信号圧をPairとし、第2流体室62に作用する水素ガスの吐出圧(アノード系内の圧力)をPoutとする。また、第1ダイアフラム65Aおよび第2ダイアフラム66Aの有効面積をSとし、第3ダイアフラム102Aの有効面積をSとすると、第3流体室64Aに作用するエア信号圧のゲージ圧Pair_gaugeと、第2流体室62に作用する水素ガスの吐出圧のゲージ圧Pout_gaugeとの間に、下記式に示すような関係式が成立する。
out_gauge=Pair_gauge×(S/S
The air signal pressure acting on the third fluid chamber 64A is P air, and the hydrogen gas discharge pressure (pressure in the anode system) acting on the second fluid chamber 62 is P out . Further, the effective area of the first diaphragm 65A and the second diaphragm 66A and S h, when the effective area of the third diaphragm 102A and S a, and the gauge pressure P Air_gauge air signal pressure acting on the third fluid chamber 64A, The relational expression shown below is established between the gauge pressure P out_gauge of the discharge pressure of the hydrogen gas acting on the second fluid chamber 62.
P outgauge = P airgauge × (S a / S h )

つまり、本実施形態のエゼクタ50Aでは、第1、第2ダイアフラム65A,66Aの有効面積Sと第3ダイアフラム102Aの有効面積をSとを異なったものにすることにより、この比(S/S)に応じた倍圧で、エア信号圧Pair_gaugeを増幅又は減衰し、第1、第2ダイアフラム65A,66Aに作用させることができ、結果として、吐出圧Pout_gauge、すなわち第2流体室62内の圧力を増幅又は減衰することができる。 That is, in the ejector 50A of the present embodiment, by first, the effective area of the second diaphragm 65A, the effective area S h and the third diaphragm 102A of 66A would be different and S a, the ratio (S a / S h ), the air signal pressure P air_gauge can be amplified or attenuated and acted on the first and second diaphragms 65A and 66A. As a result, the discharge pressure P out_gauge , that is, the second fluid The pressure in the chamber 62 can be amplified or attenuated.

図11は、第3流体室64Aに供給されるエアの圧力Pair_gaugeと吐出圧Pout_gaugeとの関係を示すグラフである。
図11に示すように、面積比(S/S)を1より大きくすることにより、面積比(S/S)を1とした場合と比較して、吐出圧Pout_gaugeを増幅させることが可能となる。このように、本実施形態では、エアコンプレッサの回転数を制御しエア信号圧を調整することで、図11中ハッチングで示すような領域内で吐出圧を制御することができる。また逆に、面積比(S/S)を1より小さくすることにより、面積比(S/S)を1とした場合と比較して、吐出圧Pout_gaugeを減衰させることも可能となる。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the pressure P air_gauge of the air supplied to the third fluid chamber 64A and the discharge pressure P out_gauge .
As shown in FIG. 11, by increasing the area ratio (S a / S h) than 1, as compared with the case where the area ratio (S a / S h) and 1, to amplify the discharge pressure P Out_gauge It becomes possible. As described above, in this embodiment, the discharge pressure can be controlled within a region shown by hatching in FIG. 11 by controlling the rotation speed of the air compressor and adjusting the air signal pressure. Conversely, by making the area ratio (S a / S h ) smaller than 1, it is possible to attenuate the discharge pressure P out_gauge compared to the case where the area ratio (S a / S h ) is 1. It becomes.

以上のように、本実施形態のエゼクタ50Aは、第3流体室64Aに導入されたエア信号圧を増幅又は減衰したものに基づいて、ニードル70の先端側とノズル80Aの吐出口84とを相対移動させるとともに、ノズル80Aから吐出される水素ガスの流量を調整する。したがって、第1実施形態の(1)、(3)、(4)と同様の効果を奏することができる。   As described above, the ejector 50A according to the present embodiment makes the tip side of the needle 70 and the discharge port 84 of the nozzle 80A relative to each other based on the amplified or attenuated air signal pressure introduced into the third fluid chamber 64A. While moving, the flow rate of the hydrogen gas discharged from the nozzle 80A is adjusted. Therefore, the same effects as (1), (3), and (4) of the first embodiment can be obtained.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
例えば、上記実施形態では、複数のダイアフラム65,66やばね95,96などを用い、エアの圧力に応じてノズル80とニードル70とを相対移動させるように構成したが、これに限るものではない。例えば、モータやソレノイドなどの電磁式の駆動源を用い、エアの圧力に応じてノズルとニードルとを相対移動させるように構成してもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes modifications and improvements as long as the object of the present invention can be achieved.
For example, in the above embodiment, the plurality of diaphragms 65 and 66 and the springs 95 and 96 are used to move the nozzle 80 and the needle 70 relative to each other according to the air pressure. However, the present invention is not limited to this. . For example, an electromagnetic drive source such as a motor or a solenoid may be used, and the nozzle and the needle may be moved relative to each other according to the air pressure.

10 燃料電池
22 水素タンク(アノードガス供給源)
50,50A エゼクタ
60,60A 筐体
62 第2流体室
63,63A 第1流体室
64,64A 第3流体室
65,65A 第1ダイアフラム
66,66A 第2ダイアフラム
70 ニードル
71 先端部
75 溝
76 Oリング
80 ノズル
83 ノズル流路
84 吐出口
86 テーパ形状部
93 ディフューザ
101A 第4流体室
102A 第3ダイアフラム
103A 第4連通孔
10 Fuel Cell 22 Hydrogen Tank (Anode Gas Supply Source)
50, 50A Ejector 60, 60A Housing 62 Second fluid chamber 63, 63A First fluid chamber 64, 64A Third fluid chamber 65, 65A First diaphragm 66, 66A Second diaphragm 70 Needle 71 Tip 75 Groove 76 O-ring 80 Nozzles 83 Nozzle channels 84 Discharge ports 86 Tapered portions 93 Diffusers 101A Fourth fluid chambers 102A Third diaphragms 103A Fourth communication holes

Claims (5)

第1ガスが導入される第1流体室と、
ニードルと、
当該ニードルを内部に収容し、前記第1流体室に導入された第1ガスを前記ニードルとの隙間に流通させて、吐出口から吐出するノズルと、
当該ノズルの先端側に設けられて第2ガスが導入される第2流体室と、
前記ノズルから吐出された第1ガスの負圧により前記第2流体室に導入される第2ガスを吸引して第1ガスに合流させるディフューザと、
第3ガスが導入される第3流体室と、を備え、
当該第3流体室に導入される第3ガスの圧力に基づいて、前記ニードルの先端側と前記ノズルの吐出口とを相対移動させることで、前記ノズルから吐出される第1ガスの流量を調整するエゼクタであって、
前記ニードルを収容するとともに前記吐出口を形成する前記ノズルのノズル流路には、前記吐出口へ向かって縮径するテーパ形状部が形成され、
前記ニードルの先端側には、シール部材が設けられ、
前記ニードルの先端側と前記ノズルの吐出口とを互いに接近する方向に相対移動させると、前記シール部材は前記テーパ形状部に接し、前記ノズル流路を遮断することを特徴とするエゼクタ。
A first fluid chamber into which a first gas is introduced;
Needle,
A nozzle that houses the needle therein, circulates the first gas introduced into the first fluid chamber through a gap with the needle, and discharges it from the discharge port;
A second fluid chamber provided on the tip side of the nozzle and into which the second gas is introduced;
A diffuser for sucking the second gas introduced into the second fluid chamber by the negative pressure of the first gas discharged from the nozzle and joining the first gas;
A third fluid chamber into which a third gas is introduced,
Based on the pressure of the third gas introduced into the third fluid chamber, the flow rate of the first gas discharged from the nozzle is adjusted by relatively moving the tip side of the needle and the discharge port of the nozzle. An ejector that
The nozzle flow path of the nozzle that accommodates the needle and forms the discharge port is formed with a tapered portion that is reduced in diameter toward the discharge port,
A seal member is provided on the tip side of the needle,
The ejector according to claim 1, wherein when the tip end side of the needle and the discharge port of the nozzle are relatively moved toward each other, the seal member is in contact with the tapered portion and blocks the nozzle flow path.
前記第3流体室は、前記ノズルの基端側に設けられ、
前記第1流体室は、前記第2流体室と前記第3流体室との間に設けられ、
前記第1流体室と前記第2流体室とは、第1ダイアフラムで仕切られ、
前記第1流体室と前記第3流体室とは、第2ダイアフラムで仕切られ、
前記第3流体室に導入された第3ガスの圧力により、前記ニードルの先端側と前記ノズルの吐出口とを互いに離隔する方向に相対移動させ、前記第2流体室に導入された第2ガスの圧力により、前記ニードルの先端側と前記ノズルの吐出口とを互いに接近する方向に相対移動させることを特徴とする請求項1に記載のエゼクタ。
The third fluid chamber is provided on the proximal end side of the nozzle,
The first fluid chamber is provided between the second fluid chamber and the third fluid chamber,
The first fluid chamber and the second fluid chamber are partitioned by a first diaphragm,
The first fluid chamber and the third fluid chamber are separated by a second diaphragm,
The second gas introduced into the second fluid chamber by moving the tip end side of the needle and the discharge port of the nozzle relative to each other in a direction away from each other by the pressure of the third gas introduced into the third fluid chamber. The ejector according to claim 1, wherein the tip end side of the needle and the discharge port of the nozzle are relatively moved in a direction approaching each other by the pressure of the nozzle.
前記第3流体室は、前記ノズルの基端側に設けられ、
前記第1流体室と前記第3流体室との間には、大気に連通する第4流体室が設けられ、
前記第1流体室と前記第2流体室とは、第1ダイアフラムで仕切られ、
前記第1流体室と前記第4流体室とは、前記第1ダイアフラムと略等しい有効面積を有する第2ダイアフラムで仕切られ、
前記第3流体室と前記第4流体室とは、前記第1ダイアフラムおよび前記第2ダイアフラムとは異なる有効面積を有する第3ダイアフラムで仕切られ、
前記第3流体室に導入された第3ガスの圧力により、前記ニードルの先端側と前記ノズルの吐出口とを互いに離隔する方向に相対移動させ、前記第2流体室に導入された第2ガスの圧力により、前記ニードルの先端側と前記ノズルの吐出口とを互いに接近する方向に相対移動させることを特徴とする請求項1に記載のエゼクタ。
The third fluid chamber is provided on the proximal end side of the nozzle,
A fourth fluid chamber communicating with the atmosphere is provided between the first fluid chamber and the third fluid chamber,
The first fluid chamber and the second fluid chamber are partitioned by a first diaphragm,
The first fluid chamber and the fourth fluid chamber are partitioned by a second diaphragm having an effective area substantially equal to the first diaphragm,
The third fluid chamber and the fourth fluid chamber are partitioned by a third diaphragm having an effective area different from that of the first diaphragm and the second diaphragm,
The second gas introduced into the second fluid chamber by moving the tip end side of the needle and the discharge port of the nozzle relative to each other in a direction away from each other by the pressure of the third gas introduced into the third fluid chamber. The ejector according to claim 1, wherein the tip end side of the needle and the discharge port of the nozzle are relatively moved in a direction approaching each other by the pressure of the nozzle.
前記シール部材は、Oリングであり、
前記ニードルの外周面には、前記Oリングを保持する環状の溝が形成されていることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載のエゼクタ。
The sealing member is an O-ring;
The ejector according to any one of claims 1 to 3, wherein an annular groove for holding the O-ring is formed on an outer peripheral surface of the needle.
アノードガスおよびカソードガスを反応させて発電を行う燃料電池にアノードガスを供給するエゼクタであって、
前記エゼクタは、請求項1から4の何れかに記載のエゼクタであり、
前記ディフューザの送出口は、前記燃料電池に接続され、
前記第1流体室には、アノードガス供給源から第1ガスとしてアノードガスが導入され、
前記第2流体室には、第2ガスとして前記燃料電池から排出されるアノードオフガスが導入され、
前記第3流体室には、第3ガスとしてのカソードガスが導入されることを特徴とするエゼクタ。
An ejector for supplying anode gas to a fuel cell that generates electricity by reacting anode gas and cathode gas,
The ejector is the ejector according to any one of claims 1 to 4,
The outlet of the diffuser is connected to the fuel cell,
An anode gas is introduced into the first fluid chamber as a first gas from an anode gas supply source,
An anode off gas discharged from the fuel cell as a second gas is introduced into the second fluid chamber,
An ejector, wherein a cathode gas as a third gas is introduced into the third fluid chamber.
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