JP5204549B2 - インジェクタ - Google Patents
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Description
なお、インジェクタは、本来、注入装置を意味するが、本明細書等においては、注入するか否かは問わず、流体を噴射する噴射装置を意味するものとし、後記する実施形態のように、空気(流体)を外部に噴射するものも含む。
図1に示す本実施形態に係る燃料電池システム100は、図示しない燃料電池自動車(移動体)に搭載されている。燃料電池システム100は、燃料電池スタック110と、燃料電池スタック110のアノードに対して水素(燃料ガス、反応ガス)を給排するアノード系と、燃料電池スタック110のカソードに対して酸素を含む空気(酸化剤ガス、反応ガス)を給排するカソード系と、これらを電子制御するECU160(Electronic Control Unit、電子制御装置)と、を備えている。
燃料電池スタック110は、複数(例えば200〜400枚)の固体高分子型の単セル111が積層されることで構成されたスタックであり、複数の単セル111は電気的に直列で接続されている。単セル111は、MEA(Membrane Electrode Assembly:膜電極接合体)と、これを挟み2枚の導電性を有するアノードセパレータ及びカソードセパレータと、を備えている。
カソードセパレータには、各MEAのカソードに対して空気を給排するため単セル111の積層方向に延びる貫通孔(内部マニホールドと称される)や、単セル111の面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔及び溝がカソード流路113(酸化剤ガス流路)として機能している。
2H2→4H++4e− …(1)
O2+4H++4e−→2H2O …(2)
アノード系は、水素タンク121(燃料ガス供給手段)と、常閉型の遮断弁122と、減圧弁123と、エゼクタ126と、常閉型のパージ弁127(燃料ガス排出弁)とを備えている。水素タンク121は、配管121a、遮断弁122、配管122a、減圧弁123、配管123a、エゼクタ126、配管126aを介して、アノード流路112の入口に接続されている。そして、ECU160によって、遮断弁122が開かれると、水素タンク121の水素が配管121a等を介してアノード流路112に供給されるようになっている。
なお、インジェクタ1の具体的構造は、後で詳細に説明する。
なお、配管126bには気液分離器(図示しない)が設けられており、この気液分離器によって、循環する水素に同伴する水分が分離されるようになっている。
なお、ECU160は、例えば、単セル111の電圧を検出するセル電圧モニタ(図示しない)から入力される最低セル電圧が、所定最低セル電圧以下となった場合、不純物を排出する必要があると判定し、パージ弁127を開く設定となっている。
カソード系は、コンプレッサ131(酸化剤ガス供給手段)と、背圧弁133と、希釈器134とを備えている。
背圧弁133は、バタフライ弁等から構成された常開型の弁であり、その開度はECU160によって制御される。詳細には、アクセルペダル151の踏み込み量が大きくなると、ECU160は、空気を高圧で供給するべく、背圧弁133の開度は小さく制御される。
ECU160は、燃料電池システム100を電子制御する制御装置であり、CPU、ROM、RAM、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されている。そして、ECU160は、その内部に記憶されたプログラムに従って、遮断弁122、インジェクタ1、パージ弁127、コンプレッサ131、及び、背圧弁133を、適宜に制御するようになっている。
次に、アノード系のインジェクタ1について、図2から図8を参照して、具体的に説明する。なお、図2、図3では、図4に示す外ケース80を省略している。また、以下の説明において、「上」、「下」は、図4を基準としている。
したがって、本実施形態において、インジェクタ本体10の可動方向は図4の上下方向となり、ECU160からの開指令(所定デューティ比のPWM信号)を繰り返して受けることにより、インジェクタ本体10は、上下に振動する。
第1緩衝部材20、第2緩衝部材30は、インジェクタ本体10の振動を緩衝し、この振動を燃料電池自動車(外部)に伝達しにくくするものである。第1緩衝部材20、第2緩衝部材30は、ゲル状物質から形成されており、そのJIS K2207に準拠する針入度は、55±15(1/10mm)の範囲である。
詳細には、第1緩衝部材20は、インジェクタ本体10の下端側(可動方向の一方側)に設けられており、その中空部21を、インジェクタ本体10の噴射部13が貫通している。そして、第1緩衝部材20は、その軸方向(インジェクタ本体10の可動方向)において、インジェクタ本体10の肩部15と、第1保持部材40の後記する底壁部41とで挟まれている。
また、第1緩衝部材20の下部の径方向内側部分は、噴射部13から開放、つまり、第1緩衝部材20の内周面24の下部は、噴射部13と接触しておらず(図5参照)、拘束されていない。さらに、第1緩衝部材20の下部と噴射部13との間には、第1緩衝部材20が容易に変形可能となる隙間が形成されている。
第2緩衝部材30の内周部34も、中空部31を貫通する管本体18から開放、つまり、第2緩衝部材30の内周面35の全ては、管本体18と接触しておらず、拘束されていない。また、内周面35と管本体18との間には、第2緩衝部材30が容易に変形可能となる隙間が形成されている。
第1保持部材40及び第2保持部材50は、インジェクタ本体10の可動方向の両側から、第1緩衝部材20及び第2緩衝部材30を介してインジェクタ本体10を挟持し、第1緩衝部材20をインジェクタ本体10の下端側の所定位置に、第2緩衝部材30をインジェクタ本体10の上端側の所定位置に、それぞれ保持するためのものである。すなわち、第1保持部材40及び第2保持部材50は、インジェクタ本体10と直接に接触しておらず、インジェクタ本体10の振動が、第1保持部材40及び第2保持部材50に直接伝達しないようになっている。
これにより、噴射部13からの空気が、第1吸音部材71内に良好に噴射され、噴射音が第1吸音部材71で好適に吸音されるようになっている。すなわち、噴射部13からの空気が、底壁部41と第1緩衝部材20との隙間等に漏れず、漏れ音が発生しにくくなっている。
天壁部51には貫通孔52が形成されおり、空気導入管17の管本体18がこの貫通孔52を貫通し、外部に延設されている。
消音ケース60は、インジェクタ本体10から空気が噴射されることに伴う噴射音を低減するための有底円筒状のケースであり、その内部に、第1消音室61と第2消音室62とを有している。第1消音室61は、インジェクタ本体10の噴射部13側に配置されており、第2消音室62は、第1消音室61の下方に配置されている。なお、第1消音室61の上方は、これに差し込まれた第1保持部材40によって密閉されている。
その他、連通孔66を下流に向かって拡径するように形成し、外部に排出される空気の流量を下げるようにしてもよい。
第1吸音部材71及び第2吸音部材75は、インジェクタ本体10から噴射される空気の噴射音を吸音するための部材であり、例えば、スポンジ等の多孔質体から形成されている。そして、第1吸音部材71は第1消音室61に収容されており、第2吸音部材75は第2消音室62に収容されている。
大穴72には第1保持部材40の縮径部43が差し込まれており、縮径部43の外周面は大穴72の内周面に密着し、底壁部41の外底面は大穴72の底面に密着している。
一方、小穴73には第1保持部材40の貫通孔42から突出した噴射部13が差し込まれており、噴射部13の外周面は小穴73の内周面に密着し、噴射部13の外底面は小穴73の底面に密着している。すなわち、噴射部13は、第1吸音部材71に差し込まれている。
外ケース80は、インジェクタ本体10、第1緩衝部材20、第2緩衝部材30等を、インジェクタ1の外部の埃・水分等から保護するために、また、外部に音を漏らさないようにするために、上側が閉じた円筒状のケースであり、インジェクタ本体10、第1緩衝部材20及び第2緩衝部材30が、外部から隠れるように、空気導入管17の管本体18に取り付けられている。
また、外ケース80の全裏面には、スポンジ等からなる吸音層81が形成されており、インジェクタ本体10の作動音が、吸音層81で好適に吸音されるようになっている。
このようなインジェクタ1によれば、次の作用・効果を得る。
第1緩衝部材20の上面23の外側部分が第1保持部材40から開放され、第1緩衝部材20の内周面24の下部が噴射部13から開放され、第2緩衝部材30の外周面33が第2保持部材50から開放され、第2保持部材50の内周面35が空気導入管17から開放されているので、第1緩衝部材20及び第2緩衝部材30が、インジェクタ本体10の振動に追従して、容易に変形する。これにより、インジェクタ本体10から第1保持部材40及び第2保持部材50に伝達する振動を大きく低減でき、燃料電池自動車の静粛性を確保できる。
さらに、インジェクタ本体10の噴射部13は、第1吸音部材71に差し込まれているので、空気を第1吸音部材71内に噴射し、噴射音を好適に吸音できる。
10 インジェクタ本体
13 噴射部
20 第1緩衝部材
30 第2緩衝部材
40 第1保持部材
50 第2保持部材
60 消音ケース
71 第1吸音部材
75 第2吸音部材
Claims (2)
- 内部に導入される流体を、その可動方向の一方側から噴射するインジェクタ本体と、
前記インジェクタ本体の一方側に設けられたゲル状の第1緩衝部材と、
前記インジェクタ本体の他方側に設けられ、前記可動方向において前記第1緩衝部材よりも厚いゲル状の第2緩衝部材と、
前記インジェクタ本体を、前記第1緩衝部材及び前記第2緩衝部材を介して保持する保持部材と、
を備え、
前記第1緩衝部材の一部と前記保持部材又は前記インジェクタ本体との間で、前記第1緩衝部材が変形可能となる隙間が形成され、
前記第2緩衝部材の一部と前記保持部材又は前記インジェクタ本体との間で、前記第2緩衝部材が変形可能となる隙間が形成され、
前記第2緩衝部材が他の部品と接触していない面積は、前記第1緩衝部材が他の部品と接触していない面積より大きい
ことを特徴とするインジェクタ。 - 前記インジェクタ本体による流体の噴射に伴う噴射音を吸音する多孔質状の吸音部材を備え、
前記インジェクタ本体の噴射部は、前記吸音部材に差し込まれている
ことを特徴とする請求項1に記載のインジェクタ。
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