WO2022263937A1

WO2022263937A1 - 水素供給装置

Info

Publication number: WO2022263937A1
Application number: PCT/IB2022/054271
Authority: WO
Inventors: 牧野眞一; 建篤史
Original assignee: ロベルト·ボッシュ·ゲゼルシャフト·ミト•ベシュレンクテル·ハフツング
Priority date: 2021-06-17
Filing date: 2022-05-09
Publication date: 2022-12-22
Also published as: JPWO2022263937A1; EP4358198A1

Abstract

運転状態に応じて安定的に水素を燃料電池へ供給する水素供給装置を提供する。ソレノイドバルブ(25)を備え、ソレノイドバルブ(25)の開弁時に噴孔(23)から水素を噴射するインジェクタ(10b)と、インジェクタ(10b)から噴射される水素の流れによって生じる負圧により燃料電池(51)のアノードオフガス中の水素を吸引し、インジェクタ(10b)から噴射された水素とアノードオフガス中の水素とを燃料電池(51)へ供給するエゼクタ(10a)と、を備える水素供給装置(10)であって、ソレノイドバルブ(25)は、噴孔(23)を備えた弁座部(6)と、閉弁時に弁座部(6)に着座する弁体(2)とを含み、弁体(2)のストローク量に応じて、噴孔(23)における水素の流路断面積が可変となる様構成された、水素供給装置(10)。

Description

\¥0 2022/263937 卩（：1' 2022/054271

【書類名】明細書【発明の名称】水素供給装置【技術分野】

【0 0 0 1】本発明は、燃料電池システムにおいて、燃料としての水素を燃料電池へ供給する水素供給装置に関する。

【背景技術】

【0 0 0 2】特許文献 1には、燃料電池に水素を供給するエゼクタと水素タンクとの間に、複数のインジェクタを並列に備える燃料電池システムが開示されている。エゼクタは、水素タンクからインジェクタを介して流れ込む水素により生じる負圧を利用して、アノードオフガス内の水素を、アノードオフガス循環通路を経由して吸引し、インジヱクタから供給される水素とアノードオフガス内の水素とを、燃料電池のアノード領域へ供給する。ここで、アノードオフガスとは、燃料電池のアノード領域から排出されるガスのことで、アノード領域における発電反応に寄与せずに残った水素と、発電反応に際してカソード領域からアノード領域に透過した水分とを含む。当該水分は、アノードオフガス循環通路の途中で枝分かれしたアノードオフガス排出通路を介して、燃料電池システムの外部に排出される。【先行技術文献】

【特許文献】

【0 0 0 3】

【特許文献 1】特開 2 0 1 8 - 0 6 0 7 5 7号公報【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0 0 0 4】特許文献 1においては、燃料電池システムに要求される負荷に応じて複数のインジェク夕を使い分ける手法が開示されている。しかしながら、複数のインジヱクタを備えることはコストの上昇を招く。また、複数の部品から構成されるため、搭載において所定の空間を確保する必要があり、搭載性の課題があった。

【0 0 0 5】本発明は、上記のような課題を背景としてなされたものであり、複数のインジェクタを必要とせず、運転状況に応じて安定的に水素を燃料電池に供給することのできる水素供給装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0 0 0 6】本願発明に係る水素供給装置は、ソレノイドバルブを備え、前記ソレノイドバルブの開弁時に噴孔から水素を噴射するインジクタと、前記インジヱクタから噴射される水素の流れによって生じる負圧により燃料電池のアノードオフガス中の水素を吸引し、前記インジヱクタから噴射された水素と前記アノードオフガス中の水素とを前記燃料電池へ供給するエゼクタと、を備える水素供給装置であって、前記ソレノイドバルブは、前記噴孔を備えた弁座部と、閉弁時に前記弁座部に着座する弁体とを含み、前記弁体のストローク量に応じて、前記噴孔における水素の流路断面積が可変となる様構成されてなるものである。

【発明の効果】

【0 0 0 7】本発明の水素供給装置によれば、複数のインジクタを必要とせず、運転状況に応じて安定的に水素を燃料電池に供給することが可能となる。

【図面の簡単な説明】 \¥0 2022/263937 卩（：1' 2022/054271

【0 0 0 8】

【図 1】本発明に係る水素供給装置を備えた燃料電池システムの構成図である。

【図 2】本発明に係る水素供給装置の構成を模式的に示した断面図である。

【図 3】本発明の第 1の実施の形態に係るインジヱクタの構成を模式的に示した断面図である。

【図 4】本発明の第 1の実施の形態に係る、インジヱクタのソレノイドバルブが開弁した状態を示した断面図である。

【図 5】本発明の第 1の実施の形態に係る、インジヱクタのソレノイドバルブが開弁した状態を示した断面図である。

【図 6】本発明の第 1の実施の形態における、インジヱクタのソレノイド部への通電制御の一例を示すものである。

【図 7】本発明の第 1の実施の形態における、インジヱクタのソレノイド部への通電制御の一例を示すものである。

【図 8】本発明の第 2の実施の形態に係る、インジヱクタのソレノイドバルブが開弁した状態を示した断面図である。

【図 9】本発明の第 2の実施の形態に係る、インジヱクタのソレノイドバルブが開弁した状態を示した断面図である。

【図 1 0】本発明の第 2の実施の形態に係る、インジヱクタのソレノイドバルブが開弁した状態を示した断面図である。

【図 1 1】本発明の第 2の実施の形態に係る、インジヱクタのソレノイド部への通電制御の一例を示すものである。

【図 1 2】本発明に係るインジヱクタにおける、弁体の小径部と、弁座部の形状の変形例を示す。

【図 1 3】本発明に係るインジヱクタにおける、弁体の小径部と、弁座部の形状の、別の変形例を示す。

【発明を実施するための形態】

【 0 0 0 9】以下、本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しつつ説明する。尚、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。また、それぞれの図中、同じ符号が付されているものは同一の要素を示しており、適宜説明が省略されている。また、各図において、詳細部分の図示が適宜簡略化または省略されている。また、重複する説明については、適宜簡略化または省略されている。

【0 0 1 0】

（第 1の実施の形態）まず、本発明の第 1の実施の形態について説明する。図 1は、本発明に係る水素供給装置 1 0を備えた燃料電池システム 1 0 0の構成図である。図 1を参照しつつ、燃料電池システム 1 0 0の全体構成について説明する。尚、本実施形態における燃料電池システム 1 0 0は、車両に搭載され、車両の走行に用いられるモータ等、各種装置において必要とされる電力を発電する。

【0 0 1 1】燃料電池システム 1 0 0は、水素タンク 3 9 と、減圧弁 4 2 と、水素供給装置 1 0 と、燃料電池 5 1 と、制御ュニット 4 7 とを含む。燃料電池 5 1は、アノード領域 5 2 とカソード領域 5 3 とを備える。さらに燃料電池システム 1 0 0は、アノード領域 5 2から排出されるガスであるアノードオフガスに含まれる水素を水素供給装置 1 0へ還流させるための循環経路 5 4を備える。

【0 0 1 2】燃料電池 5 1のアノード領域 5 2は、接続配管 5 0を通じて水素供給装置 1 0から水素の供給を受け、アノードオフガスを循環経路 5 4へ排出する。一方、燃料電池 5 1のカソード領域 5 3は、空気供給経路 5 3 &から空気の供給を受け、カソード領域 5 3から排出 \¥0 2022/263937 卩（：1' 2022/054271 されるガスであるカソードオフガスをカソードオフガス排出経路 5 3 13より排出する。

【 0 0 1 3】循環経路 5 4には、気液分離器 5 5が備えられている。気液分離器 5 5は、アノードオフガス中の水分を取り除き、排出経路 5 6へ排出する。排出経路 5 6には、制御ユニット 4 7により制御される排出制御弁 5 7が備えられる。制御ユニット 4 7が排出制御弁 5 7 を制御することにより、気液分離器 5 5から水分を排出するタイミングや量が制御される

【 0 0 1 4】水素供給装置 1 0は、エゼクタ 1 0 ₃ とインジェクタ 1 0 1₃ とを備える（図 2参照）。エゼクタ 1 0 3は、水素タンク 3 9からインジェクタ 1 0 bを介して供給される水素と、アノードオフガス中の水素とを、接続配管 5 0を介して燃料電池 5 1に供給する。接続配管 5 0には、接続配管 5 0における水素の圧力を測定する圧カセンサ 4 8が備えられる。圧カセンサ 4 8の測定値は、制御ユニット 4 7へ送られる。制御ユニット 4 7は、圧カセンサ 4 8の測定値に基づき、水素供給装置 1 0から燃料電池 5 1へ供給される水素の量を制御することで、アノード領域 5 2における圧力を制御する。

【 0 0 1 5】水素タンク 3 9内の水素は、供給配管 4 4に配置された減圧弁 4 2を介して減圧され、水素供給装置 1 0のインジヱクタ 1 0 bに供給される。インジヱクタ 1 0 bに供給された水素は、インジェクタ 1 0 bにおいてさらに減圧され、エゼクタ 1 0 3を経由し、燃料電池 5 1 に供給される。インジヱクタ 1 0 13は、供給される電流値により弁部材のストローク量が可変とされ、水素の通過路の面積が調節可能な電磁比例式の制御弁を用いることができる。インジェクタ 1 0 13は、制御ユニット 4 7により制御される。減圧弁 4 2は、水素タンク 3 9より供給される水素の圧力が、弁部材が弾性体から受けるセットカを上回ることにより開弁する、機械式の弁として構成される。尚、減圧弁 4 2は、供給される電流値により弁部材のストローク量が可変とされ、水素の通過路の面積が調節可能な電磁比例式の制御弁を用いることもできる。この場合、減圧弁 4 2は、制御ユニット 4 7によって制御される。

【 0 0 1 6】さらに、水素タンク 3 9 と減圧弁 4 2の間に第 1の遮断弁 4 0が配置され、減圧弁 4 2 とインジヱクタ 1 0 13の間に第 2の遮断弁 4 1が配置されている。第 1の遮断弁 4 0は、必要に応じ、水素タンク 3 9から減圧弁 4 2への水素の流入を遮断することができる。また、第 2の遮断弁 4 1は、必要に応じ、減圧弁 4 2からインジェクタ 1 0 13への水素の流入を遮断することができる。第 1の遮断弁 4 0及び第 2の遮断弁 4 1は、制御ユニット 4 7 により制御される。

【 0 0 1 7】図 2は本発明に係る水素供給装置 1 0の構成を模式的に示した断面図である。以下、図 2 を参照しつつ、水素供給装置 1 0の構成について説明する。水素供給装置 1 0は、エゼクタ 1 0 & と、インジェクタ 1 0 13 とを備える。本実施形態における水素供給装置 1 0は、エゼクタ 1 〇 &の端部にインジェクタ 1 0 bの噴孔 2 3側が接続され、エゼクタ 1 0 ₃ とインジヱクタ 1 0 13双方の長手方向軸線が一致する様構成される。本構成により、インジェクタ 1 0 1₃は、水素タンク 3 9から供給される水素をエゼクタ 1 0 &の内部に噴射する。

【 0 0 1 8】エゼクタ 1 0 3は、略円筒形状をなし、長手方向において部分的に内径が異なる中空部を有する。該中空部は、インジェクタ 1 0 13が接続される側から順に、インジェクタ接続部 5 と、負圧発生室 1 1 と、ディフューザ部 1 2 と、水素放出部 1 3 とを備える。インジェクタ接続部 5は、インジェクタ 1 0 13のハウジング 1 に嵌入している。当該嵌入部分において、エゼクタ 1 0 3のインジェクタ接続部 5 とインジェクタ 1 0 bのハウジング 1 とは、圧入、あるいは溶接等、適宜の方法により固定される。本構成により、インジェクタ 1 0 13から噴射された水素は、負圧発生室 1 1、ディフューザ部 1 2、水素放出部 1 3の \¥0 2022/263937 卩（：1' 2022/054271 順に流れる。すなわち、エゼクタ 1 0 3において、インジェクタ接続部 5が形成されている側が上流側、水素放出部 1 3が形成されている側が下流側となる。

【0 0 1 9】ディフューザ部 1 2は、下流側へ向かうに連れて内径 1 2 3が大きくなる様形成される。水素放出部 1 3は、内径 1 3 3が長手方向において均一となる様形成される。また、負圧発生室 1 1 とディフューザ部 1 2の接続部分、及び、ディフューザ部 1 2と水素放出部 1 3の接続部分は、それぞれ段差のない様に形成されている。また、負圧発生室 1 1 とインジクタ接続部 5の接続部分は、インジクタ 1 0 13の弁座部 6を収容するため、長手方向に垂直であって、インジェクタ 1 0 13側を向く面である、段部 5 &が形成されている

【 0 0 2 0】エゼクタ 1 0 3は、内部に負圧発生室 1 1が形成される部位に、エゼクタ 1 0 3の長手方向に対し直角となる方向に形成された、循環水素吸入口 2 2を備える。循環水素吸入口 2 2には循環経路 5 4が接続されている。負圧発生室 1 1においては、インジェクタ 1 0 13から噴射された水素の流速により、内部が負圧となる。この負圧により、循環経路 5 4 内のアノードオフガス中の水素が、循環水素吸入口 2 2から吸引され、インジェクタ 1 0 b から噴射された水素と共に下流側のディフューザ部 1 2へ流れる。

【0 0 2 1】図 3は、本実施形態に係るインジェクタ 1 0 bの構成を模式的に示した断面図である。以下、図 3を参照しつつ、インジェクタ 1 0 13の詳細について説明する。インジェクタ 1 0 13は、ソレノイドバルブ 2 5により構成され、水素流入口 2 1を介して水素タンク 3 9 から供給された水素を、噴孔 2 3からエゼクタ 1 0 3内へ噴射する。ソレノイドバルブ 2 5 は、ソレノイド部（図示せず）と、ハウジング 1 と、弁体 2と、スプリング 3と、ガイド部材 4と、弁座部 6とを備える。

【 0 0 2 2】ハウジング 1は円筒形状をなし、その内部に、弁体 2と、スプリング 3と、ガイド部材 4 と、弁座部 6と、図示されないソレノイド部とを備える。

【0 0 2 3】弁座部 6は、円筒形状をなし、該円筒形状の中心軸線は、インジヱクタ 1 0 1₃の長手方向軸線に一致する。弁座部 6の中空部が、本実施形態における噴孔 2 3となる。また、弁座部 6の軸方向端面のうち、エゼクタ 1 0 ₃側を向く端面が、エゼクタ 1 0 &における段部 5 &に当接している（図 2参照）。また、弁座部 6の軸方向端面のうち、エゼクタ 1 0 ₃ 側とは反対側を向く端面が、弁座側シート面 6 ₃ として、インジェクタ 1 0 bの閉弁時に、弁体 2の弁体側シート面 2 b ₃ と当接する。尚、エゼクタ 1 0 ₃ とインジェクタ 1 0 b が接続される際には、弁座部 6が前もって、エゼクタ 1 0 3のインジヱクタ接続部 5内に、圧入、あるいは溶接等適宜の方法により固定される。

【0 0 2 4】弁体 2は、外径の異なる複数の円柱状の部材により形成され、小径部 2 3 と、小径部 2 3 よりも大きな外径を持つ大径部 2 13と、小径部 2 3よりも大きく、大径部 2 13よりも小さな外径を持つガイド部 2 〇とを備える。小径部 2 &、大径部 2 13、ガイド部 2 〇それぞれの中心軸線は、インジヱクタ 1 0 bの長手方向軸線に一致する。小径部 2 3は、大径部 2 13から見てエゼクタ 1 0 3側に形成され、インジェクタ 1 0 13の閉弁時、あるいは、弁体 2のストローク量が小さい時には、噴孔 2 3内にある。ガイド部 2 。は、大径部 2 13から見て、エゼクタ 1 0 3 とは反対側に形成される。また、インジェクタ 1 0 13の閉弁時には、大径部 2 13における、エゼクタ 1 0 3側を向く、中心軸線に対し垂直な面である弁体側シート面 2 b 3が、弁座部 6の弁座側シート面 6 3に当接する。尚、本実施形態においては、ガイド部 2 _¢;の外径は、小径部 2 3よりも大きく、大径部 2 13よりも小さい例を示したが、ガイド部 2 〇は、大径部 2 13よりも外径が小さければよく、小径部 2 3 と同じ外径、あるいは、小径部 2 3よりも小さな外径であってもよい。

【0 0 2 5】 \¥0 2022/263937 卩（：1' 2022/054271 スプリング 3は、ガイド部材 4と弁体 2の大径部 2 13 との間に配置されるコイルスプリングであり、弁体 2を弁座部 6に所定のセットカで押圧する。また、弁体 2のガイド部 2 。は、スプリング 3の内側に位置し、スプリング 3をガイドする。

【 0 0 2 6】ガイド部材 4は円筒形をなし、その外径部はハウジング 1に対し、圧入、あるいは溶接等適宜の方法により固定される。またガイド部材 4の中空部の内面 4 3は、弁体 2のガイド部 2 〇をガイドする。

【0 0 2 7】ハウジング 1は、弁体 2の大径部 2 13近傍に、長手方向に対し直角となる方向に形成された水素流入口 2 1を備える。水素流入口 2 1は、 1つであってもよいし、複数であってもよく、その数は限定されない。水素流入口 2 1へは、高圧の水素タンク 3 9から、減圧弁 4 2を介して所定の圧力まで減圧された水素が供給される。

【 0 0 2 8】インジェクタ 1 0 13のソレノイドバルブ 2 5は、弁体 2から見て、エゼクタ 1 0 3 とは反対側に、図示されないソレノイド部を備える。ソレノイドバルブ 2 5の閉弁時には、スプリング 3のセットカにより、弁体 2に形成される弁体側シート面 2 b 3が、弁座部 6に形成される弁座側シート面 6 &に着座している。ソレノイドバルブ 2 5の開弁時には、制御ユニット 4 7がソレノイド部に電流を印加することにより、弁体 2がスプリング 3によるセットカに杭してソレノイド部側へ吸引され、弁体 2に形成される弁体側シート面 2 b 3 が、弁座部 6に形成される弁座側シート面 6 3から離座する。ソレノイドバルブ 2 5が開弁すると、水素流入口 2 1を介して水素タンク 3 9から供給された水素が、噴孔 2 3からエゼクタ 1 〇 ₈へ噴射される。

【0 0 2 9】尚、インジェクタ 1 0 13は、ソレノイド部へ印加される電流値によって弁体 2のストローク量が可変とされ、水素の通過量を調節可能な電磁比例式の弁として構成される。図 4 及び図 5は、インジヱクタ 1 0 13のソレノイドバルブ 2 5が開弁した状態を示す。図 4は、ソレノイドバルブ 2 5が開弁しているが、弁体 2ストローク量が小さく、弁体 2の小径部 2 3の一部が噴孔 2 3内に残っている。この場合、噴孔 2 3における水素の流路は、噴孔 2 3の内径と、弁体 2の小径部 2 3の外径との間隙となるため、水素の噴射量は比較的少ない。一方、図 5においては、弁体 2のストローク量が図 4よりも大きく、弁体 2の小径部 2 3の混合流路部 1 0 3側端部の位置が、軸方向断面で見て、噴孔 2 3の大径部 2 b 側の端部に略一致する状態となっている。図 5において噴射される水素の量は、図 4の状態よりも多い。

【0 0 3 0】図 6は、本発明の第 1の実施の形態における、インジェクタ 1 0 13のソレノイド部への通電制御の一例を示すものである。図 6において、横軸丁は時間、縦軸 £は弁体 2のストローク量を示す。

【0 0 3 1】図 6の縦軸において、記号八で示される、弁体 2のストローク量の小さい領域は、図 4 の状態、すなわち、弁体 2の小径部 2 3の一部が噴孔 2 3内に残っている状態に対応する。一方、縦軸において、記号 13で示される、弁体 2のストローク量が大きい領域は、図 5 に示される弁体 2のストローク量、あるいはこれよりも大きいストローク量（換言すれば、弁体 2の小径部 2 3が噴孔 2 3から抜け出た状態）に対応する。

【0 0 3 2】図 6に示される通電制御においては、記号八で示される、弁体 2のストローク量の小さい領域が使用されている。図 6の例では、パルス状の比較的低い電流値が、所定の間隔を空けて繰り返しソレノイド部へ印加されている。この時、インジェクタ 1 0 13において、図 4に示される様な弁体 2のストローク量の小さい開弁と、閉弁とが繰り返されている。これは、燃料電池 5 1に要求される負荷が比較的小さい場合の例である。

【0 0 3 3】 \¥0 2022/263937 卩（：1' 2022/054271 この例において、印加する電流をパルス状としているのは、以下の様な理由による。すなわち、燃料電池 5 1に要求される負荷が小さい場合、必要とされる水素の量も少ない。そのためストローク量を小さくした状態で間欠運転をすることで、 1回の開弁で通過する水素ガス量を増加させ、その際の通路面積を制限することで、水素ガスの流速を上げるように構成した。これによって負圧発生室での負圧を生成させ、アノードオフガスの循環量を確保することができる。制御ユニット 4 7は、間欠運転により低負荷時に必要な水素ガス量を確保できるよう、任意のインターバルで印加電流を制御する。尚、図 6に示される噴射の形態が、パルス噴射に相当する。

【 0 0 3 4】図 7は、燃料電池 5 1に要求される負荷が図 6の例よりも大きい場合の通電制御の一例を示すものである。図 7においても、図 6同様、横軸丁が時間、縦軸 £が弁体 2のストローク量を示す。図 7の例においては、図 6の例よりも大きな電流値が連続的にソレノイド部へ印加され、弁体 2のストローク量も図 6よりも大きい領域である、記号 8の領域が使用されている。

【 0 0 3 5】ただし、必要とされる水素の量、あるいは必要とされる流速によっては、記号 3で表される領域でも電流をパルス状としてもよい。どの様な条件において、印加電流をパルス状とするか連続的とするか、また、電流値をいかなるものとするかについては、予め試験やシミュレーションにより設定がなされており、当該設定情報が制御ユニット 4 7の所定の領域に保存されている。制御ュニット 4 7は、燃料電池 5 1が搭載される車両の運転状態、燃料電池 5 1に要求される負荷、外気温や気圧等の環境条件、圧カセンサ 4 8の測定値等に基づき、保存されている設定情報から適切な通電形態を読み出し、ソレノイド部へ所定の形態で所定の電流値を印加する。

【 0 0 3 6】

（第 2の実施の形態）次に、本発明の第 2の実施の形態に係る水素供給装置 1 0について説明する。第 2の実施の形態に係る水素供給装置 1 0は、第 1の実施の形態に係る水素供給装置 1 0に対し、インジェクタ 1 0 13における、弁座部 6 と、弁体 2の小径部 2 &の形状が異なる。

【 0 0 3 7】図 8は、本発明の第 2の実施の形態に係る、インジヱクタ 1 0 13の構成を模式的に示した断面図である。図 8において、弁体 2の小径部 2 &は、エゼクタ 1 0 &側へ向かうに連れて外径が小さくなる様形成されている。また、噴孔 2 3の内径も、エゼクタ 1 0 3側へ向かうにつれて内径が小さくなる様形成されている。また、噴孔 2 3の内径と、弁体 2の小径部 2 3の外径との間隙も、エゼクタ 1 0 3側へ向かうに連れて小さくなる様形成されている。

【 0 0 3 8】図 8に示される形状において、長手方向における、小径部 2 3の外径の変化量、及び、噴孔 2 3の内径の変化量として、様々な組み合わせを採ることが可能である。これらの変化量をいかなるものとするかは、車両の仕様や、燃料電池 5 1に要求される特性等に対し適切なもとのなる様、インジクタ 1 0 13の開弁時における、水素の流量及び流速の関係を考慮の上、試験やシミュレーションにより決定される。

【 0 0 3 9】図 8は、弁体 2のストローク量がわずかであり、少量の水素がインジェクタ 1 0 13から噴射されている状態を示す。これに対し、図 9は、弁体 2のストローク量が図 8よりも大きいが、まだ弁体 2の小径部 2 3が噴孔 2 3内に残っている状態を示す。図 9の状態において噴射される水素の量は、図 8の状態よりも多い。図 1 0は、弁体 2のストローク量が図 9よりもさらに大きく、弁体 2の小径部 2 3のエゼクタ 1 0 3側端部の位置が、中心軸を含む断面で見て、噴孔 2 3の、大径部 2 13側の端部に略一致する状態となっている。図 1 0において噴射される水素の量は、図 9の状態よりもさらに多い。

【 0 0 4 0】 \¥0 2022/263937 卩（：1' 2022/054271 本実施形態においては、図 8から図 1 0により明らかな様に、弁体 2のストローク量が大きくなるにつれ、噴孔 2 3の内径と、弁体 2の小径部 2 3の外径との間隙が広がってゆく。そのため、第 1の実施の形態に比べ、弁体 2のストローク量が同じであっても、水素の噴射量が多くなる。そして、弁体 2の小径部 2 3が噴孔 2 3から抜け出る際の、水素の噴射量の変化が、第 1の実施の形態に比べ、滑らかとなる。

【 0 0 4 1】図 1 1は、図 8から図 1 0に示される状態を使用した場合における、インジェクタ 1 0 13のソレノイド部への通電制御の一例を示したものである。図 1 1 において、横軸丁は時間、縦軸 £は弁体 2のストローク量を示す。

【 0 0 4 2】図 1 1の縦軸において、記号八 1で示される領域は、弁体 2のストローク量が零から図 8 の状態まで、すなわち、弁体 2のストロークが零あるいは比較的小さい状態に対応する。また、図 1 1の縦軸において、記号八 2で示される領域は、八 1 よりも弁体 2のストローク量が大きい。すなわち、八 2の領域における弁体 2のストローク量は、図 9の状態、詳述すれば、図 8に示される弁体 2のストローク量と、図 1 0に示される弁体 2のストローク量の間の状態に対応する。また、図 1 1の縦軸において、記号で示される領域は、図 1 0に示される弁体 2のストローク量、あるいはこれよりも大きいストローク量（換言すれば、弁体 2の小径部 2 &が噴孔 2 3から抜け出た状態）に対応する。

【 0 0 4 3】尚、図 1 1における八 2の領域においては、弁体 2の小径部 2 3の一部が噴孔 2 3内にあるにも関わらず、インジェクタ 1 0 13は、図 6の八で示される領域の様な、時間の経過と共に開弁及び閉弁を繰り返す状態となっていない。これは、以下の様な理由による。図 6 は、図 3及び図 4に示される、噴孔 2 3の内径と弁体 2の小径部 2 3の外径とが中心軸を含む断面で見て平行な弁形状の場合に対応している。一方、図 8から図 1 0に示される弁形状は、弁体 2のストローク量が大きくなるにつれ、噴孔 2 3の内径と、弁体 2の小径部 2 & との間隙が大きくなる。よって、図 1 1の八 2で示される領域においては、小径部

2 &の一部が噴孔 2 3内にあるにも関わらず、図 6の場合に比べ、水素の噴射量が多く、その流速も早いため、噴射を間欠的に行うことにより、水素の流速を上げる必要がない。

【 0 0 4 4】また、図 1 1 における八 1の領域においては、八 2の領域から一時的に弁体 2のストローク量が低下した場合を示しており、八 1の領域に入る時間が短いため、水素の流速への影響が小さく、弁体 2のストローク量は連続したものとなっている。仮に弁体 2のストローク量が八 1の領域となる状態が長く続く場合、図 6の様な、間欠的な噴射が必要となる場合も生じ得る。

【 0 0 4 5】

（変形例）図 1 2は、インジヱクタ 1 0 bにおける、弁体 2の小径部 2 3 と、弁座部 6の形状の変形例を示す。図 1 2において、噴孔 2 3は、弁体 2の大径部 2 13側の端部に、中心軸を含む断面で見て、大径部 2 13側へ向かうに連れて内径が大きくなる様に形成された、拡径部 6 3 3を備える。また、弁体 2の小径部 2 3は、エゼクタ 1 0 3側の端部に、中心軸を含む断面で見て、エゼクタ 1 0 3側へ向かうに連れて外径が小さくなる様に形成された、縮径部 2 & &を備える。

【 0 0 4 6】尚、図 1 2においては、拡径部 6 3 3及び縮径部 2 3 3の角度として、軸方向に対し 4 5 度の例を示しているが、当該角度は 4 5度に限らず、様々な角度とすることができる。また、拡径部 6 & &及び縮径部 2 3 3の大きさも、様々な大きさとすることができる。また、図 1 2の断面図において、拡径部 6 3 3及び縮径部 2 3 3の端部に角部が生じない様、端部のみ、あるいは全体を、曲線により形成とすることもできる。すなわち、拡径部 6

3 3は、噴孔 2 3の大径部 2 13側端部において、大径部 2 13側へ向かうに連れて内径が大きくなる様に形成されていればよく、また、縮径部 2 3 3は、小径部 2 3のエゼクタ 1 0 \¥0 2022/263937 卩（：1' 2022/054271

3 側の端部において、エゼクタ 1 0 3側へ向かうに連れて外径が小さくなる様に形成されていればよく、その詳細形状をいかなるものとするかは、ソレノイドバルブ 2 5の開弁時における、弁体 2のストローク量と水素の流量及び流速の関係を考慮の上、試験やシミュレーシヨンにより決定される。

【 0 0 4 7】図 1 3は、インジェクタ 1 0 bにおける、弁体 2の小径部 2 3 と、弁座部 6の形状の、別の変形例を示す。図 1 3において、弁体 2の小径部 2 3は、外径の異なる 2つの円筒部により形成されている。小径部 2 3は、大径部 2 13側から、第 1小径部 2 3 13、第 2小径部 2 3 〇により構成され、第 1小径部 2 3 13は、第 2小径部 2 3 〇よりも外径が大きくなる様形成されている。

【 0 0 4 8】第 1小径部 2 ₃ 1₃及び第 2小径部 2 ₃ ◦の外径及び、それぞれの軸方向長さとして、様々な組み合わせを採ることが可能である。第 1小径部 2 & 13及び第 2小径部 2 & 〇をいかなる形状とするかは、ソレノイドバルブ 2 5の開弁時における、弁体 2のストローク量と水素の流量及び流速の関係を考慮の上、試験やシミュレーシヨンにより決定される。

【 0 0 4 9】また、弁体 2の小径部 2 3 と弁座部 6 との形状の組み合わせは、第 1の実施の形態、第 2 の実施の形態、図 1 2、及び図 1 3に示される組み合わせに限らない。例えば、第 1の実施の形態における弁体 2の小径部 2 & と、第 2の実施の形態における弁座部 6 とを組み合わせる、あるいは、図 1 3に示される弁体 2の小径部 2 & と、図 1 2に示される弁座部 6 とを組み合わせる等、様々な組み合わせを採ることが可能である。

【 0 0 5 0】また、図 1 3において、弁体 2の小径部 2 3が、外径の異なる 2段の小径部（第 1小径部 2 ₃ 1₃及び第 2小径部 2 _{3 ¢}0 により形成される例を示したが、当該小径部 2 ₃は、例えば 3段、あるいは 4段の小径部により形成されていてもよく、当該実施形態において、小径部 2 3の段数は 2段に限定されない。

【 0 0 5 1】以上、説明した様に、本発明によれば、複数のインジクタを備えることなく、運転状態に応じて安定的に水素を燃料電池 5 1に供給することが可能となる。

【 0 0 5 2】また、本発明によれば、必要とされる水素の噴射特性に応じて、弁体 2の小径部 2 & と弁座部 6の形状の組み合わせを選択することが可能となる。

【符号の説明】

【 0 0 5 3】

2 : 弁体、 2 3 : 小径部、 2 3 3 ：縮径部、 2 a b : 第 1小径部、 2 a 〇 : 第 2小径部、 2 13 : 大径部、 2 〇 : ガイド部、 3 : スプリング、 6 : 弁座部、 6 a a : 拡径部、 1 0 : 水素供給装置、 1 0 3 : エゼクタ、 1 0 13 : インジェクタ、 2 3 : 噴孔、 2 5 : ソレノイドバルブ、 5 1 : 燃料電池、 1 0 0 : 燃料電池システム

Claims

\¥02022/263937 卩（：1' 2022/054271 【書類名】請求の範囲

【請求項 1】ソレノイドバルブ（2 5）を備え、前記ソレノイドバルブ（2 5）の開弁時に噴孔（2 3 ）から水素を噴射するインジェクタ（ 1 013）と、前記インジヱクタ（ 1 013）から噴射される水素の流れによって生じる負圧により燃料電池（5 1）のアノードオフガス中の水素を吸引し、前記インジヱクタ（ 1 013）から噴射された水素と前記アノードオフガス中の水素とを前記燃料電池（5 1）へ供給するエゼクタ（ 1 0 3）と、を備える水素供給装置（ 1 0）であって、前記ソレノイドバルブ（2 5）は、前記噴孔（2 3）を備えた弁座部（6）と、閉弁時に前記弁座部（6）に着座する弁体

（2）とを含み、前記弁体（2）のストローク量に応じて、前記噴孔（2 3）における水素の流路断面積が可変となる様構成された、水素供給装置（1 0）。

【請求項 2】前記弁体（2）は、大径部（213）と、前記大径部（213）よりも前記エゼクタ（ 1 0 3 ）側に形成された、前記大径部よりも直径の小さい小径部（2 &）とを含み、前記ソレノイドバルブ（2 5）の閉弁時に、前記大径部（213）の前記エゼクタ（ 1 0 3 ）側の端面が前記弁座部（6）に着座し、前記小径部（2 &）が前記噴孔（23）内に位置する、請求項 1に記載の水素供給装置（ 1 0）。

【請求項 3】前記噴孔（2 3）の内径が、中心軸を含む断面において均一に形成されている、請求項 2 に記載の水素供給装置（ 1 0）。

【請求項 4】前記小径部（2 &）の外径が、中心軸を含む断面において均一に形成されている、請求項 2に記載の水素供給装置（ 1 0）。

【請求項 5】前記噴孔（2 3）の内径が、中心軸を含む断面において、前記インジヱクタ（ 1 0 3）側へ向かうに連れて小径となる様形成されている、請求項 2に記載の水素供給装置（ 1 0

【請求項 6】前記小径部（23）の外径が、中心軸を含む断面において、前記インジヱクタ（ 1 0 3 ）側へ向かうに連れて小径となる様形成されている、請求項 2に記載の水素供給装置（ 1 〇）

【請求項 7】前記噴孔（2 3）の内径部と、前記小径部（2 &）の外径部との間隙が、中心軸を含む断面において、前記エゼクタ（1 〇 3）側へ向かうに連れて小さくなる様形成されている、請求項 2に記載の水素供給装置（ 1 0）。

【請求項 8】前記噴孔（2 3）の、前記大径部（213）側端部に、前記大径部（213）側へ向かうに連れて内径が大きくなる、拡径部（6 3 3）が形成されている、請求項 2に記載の水素供給装置（ 1 0）。

【請求項 9】前記小径部（23）の、前記エゼクタ（ 1 0 3）側端部に、前記エゼクタ（ 1 0 3）側へ向かうに連れて外径が小さくなる、縮径部（2 3 3）が形成されている、請求項 2に記載の水素供給装置（ 1 0）。

【請求項 1 0】前記小径部（2 &）は、外径の異なる、第 1小径部（ 2 & 13）及び第 2小径部）を備え、前記第 1小径部（2 & 13）は、前記第 2小径部（2 3 。）よりも外径が大きく、前記大径部（213）側に形成されている、請求項 2に記載の水素供給装置（ 1 0）。 \¥02022/263937 卩（：1' 2022/054271

【請求項 1 1】前記弁体（ 2）は、前記大径部（ 2 13）から見て、前記エゼクタ（ 1 0 &）とは反対側に、前記大径部（ 2 13）よりも小径のガイド部（ 2 ¢0 を備え、前記ガイド部（ 2 ¢0 は、前記弁体（ 2）を前記弁座部（ 6）側へ付勢するスプリング（ 3）の内側に位置し、前記スプリング（ 3）をガイドする、請求項 2から 1 0のいずれか 1項に記載の水素供給装置（ 1 0）。

【請求項 1 2】前記インジェクタ（ 1 0 13）は、前記ソレノイドバルブ（ 2 5）へ印加されるパルス状の電流により開弁及び閉弁を繰り返すパルス噴射が実行可能であり、前記パルス噴射の実行時において、前記弁体（ 2）の小径部（ 2 &）の少なくとも一部が前記噴孔（ 2 3）内にある、請求項 2から 1 1のいずれか 1項に記載の水素供給装置（ 10 ）。