(57)【要約】【課題】燃料排ガスの循環効率の向上を図ることができる燃料ガス噴射装置及び燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１１の燃料ガス噴射装置１０は、複数のインジェクタ８６、８８のそれぞれから噴射された燃料ガスを吐出することによって負圧を発生させて燃料電池スタック１２から排出された燃料排ガスを吸引して燃料ガスに混合させるノズル９８を有するエジェクタ８５を備える。複数のインジェクタ８６、８８のそれぞれの噴射口８６ａ、８８ａのオリフィス相当径ＳA1、ＳA2を合計した合計オリフィス相当径ＳTとノズル９８の噴射口９８ａのオリフィス相当径ＳEとは、ＳE＜ＳTになるように設定されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを燃料電池に供給するための燃料ガス供給路に設けられる燃料ガス噴射装置であって、
互いに並列に配設された複数のインジェクタと、
前記複数のインジェクタのそれぞれから噴射された燃料ガスを吐出することによって負圧を発生させて前記燃料電池から排出された燃料排ガスを吸引して前記燃料ガスに混合させるノズルを有するエジェクタと、を備え、
前記複数のインジェクタのそれぞれの噴射口のオリフィス相当径を合計した合計オリフィス相当径ＳTと前記ノズルの噴射口のオリフィス相当径ＳEとは、ＳE＜ＳTになるように設定されている、
ことを特徴とする燃料ガス噴射装置。
【請求項２】
請求項１記載の燃料ガス噴射装置において、
前記複数のインジェクタのそれぞれから同時に燃料ガスが噴射されるように前記複数のインジェクタの動作を制御するインジェクタ制御部を備える、
ことを特徴とする燃料ガス噴射装置。
【請求項３】
燃料ガスを燃料電池に供給するための燃料ガス供給路に設けられる燃料ガス噴射装置であって、
互いに並列に配設された複数のインジェクタと、
前記複数のインジェクタのそれぞれから噴射された燃料ガスを吐出することによって負圧を発生させて前記燃料電池から排出された燃料排ガスを吸引して燃料ガスに混合するノズルを有するエジェクタと、を備え、
前記複数のインジェクタのそれぞれの噴射口のオリフィス相当径ＳAと前記ノズルの噴射口のオリフィス相当径ＳEとは、ＳE＜ＳAになるように設定されている、
ことを特徴とする燃料ガス噴射装置。
【請求項４】
請求項３記載の燃料ガス噴射装置において、
前記複数のインジェクタから１回ずつ又は複数回ずつ交代で間欠的に燃料ガスが噴射されるように前記複数のインジェクタのそれぞれの動作を制御するインジェクタ制御部を備える、
ことを特徴とする燃料ガス噴射装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料ガス噴射装置において、
前記複数のインジェクタのそれぞれから前記ノズルまでの流路は、長さ及び流路断面積が互いに略同一になるように構成されている、
ことを特徴とする燃料ガス噴射装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料ガス噴射装置において、
前記エジェクタは、
前記ノズルの下流側に配置されたディフューザと、
前記ノズルと前記ディフューザとの間に前記燃料排ガスを導くための吸込部と、を有する、
ことを特徴とする燃料ガス噴射装置。
【請求項７】
燃料電池と、
前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路と、
前記燃料ガス供給路に設けられた請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料ガス噴射装置と、を備える、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスを燃料電池に供給するための燃料ガス供給路に設けられる燃料ガス噴射装置及び燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１の図１４には、互いに並列に配設された２つのインジェクタと、これらインジェクタの下流側に設けられたエジェクタとを備えた燃料ガス噴射装置が開示されている。エジェクタは、各インジェクタから噴射された燃料ガスを吐出することによって負圧を発生させて燃料電池から排出された燃料排ガスを吸引して燃料ガスに混合するノズルを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１５４３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような燃料ガス噴射装置では、燃料排ガスの循環効率を向上させるために、複数のインジェクタのそれぞれの噴射口の直径とエジェクタのノズルの噴射口の直径との関係を適切に設定する必要がある。しかしながら、上述した従来技術では、各インジェクタの噴射口の直径とノズルの噴射口の直径との関係について言及されていない。
【０００５】
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、燃料排ガスの循環効率の向上を図ることができる燃料ガス噴射装置及び燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る燃料ガス噴射装置は、燃料ガスを燃料電池に供給するための燃料ガス供給路に設けられる燃料ガス噴射装置であって、互いに並列に配設された複数のインジェクタと、前記複数のインジェクタのそれぞれから噴射された燃料ガスを吐出することによって負圧を発生させて前記燃料電池から排出された燃料排ガスを吸引して前記燃料ガスに混合させるノズルを有するエジェクタと、を備え、前記複数のインジェクタのそれぞれの噴射口のオリフィス相当径を合計した合計オリフィス相当径ＳTと前記ノズルの噴射口のオリフィス相当径ＳEとは、ＳE＜ＳTになるように設定されていることを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、ＳE＜ＳTであるため、ノズルの下流側の燃料ガスの圧力をノズルの上流側の燃料ガスの圧力よりも効果的に低くすることができる。これにより、ノズルを通過するガス流速を音速とすることができるため、燃料排ガスの循環効率の向上を図ることができる。
【０００８】
上記の燃料ガス噴射装置において、前記複数のインジェクタのそれぞれから同時に燃料ガスが噴射されるように前記複数のインジェクタの動作を制御するインジェクタ制御部を備えていてもよい。
【０００９】
このような構成によれば、燃料電池に対して必要な量の燃料ガスを効率的に供給することができる。
【００１０】
本発明に係る燃料ガス噴射装置は、燃料ガスを燃料電池に供給するための燃料ガス供給路に設けられる燃料ガス噴射装置であって、互いに並列に配設された複数のインジェクタと、前記複数のインジェクタのそれぞれから噴射された燃料ガスを吐出することによって負圧を発生させて前記燃料電池から排出された燃料排ガスを吸引して燃料ガスに混合するノズルを有するエジェクタと、を備え、前記複数のインジェクタのそれぞれの噴射口のオリフィス相当径ＳAと前記ノズルの噴射口のオリフィス相当径ＳEとは、ＳE＜ＳAになるように設定されていることを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、ＳE＜ＳAであるため、ノズルの下流側の燃料ガスの圧力をノズルの上流側の燃料ガスの圧力よりも効果的に高くすることができる。これにより、ノズルを通過するガス流速を音速とすることができるため、燃料排ガスの循環効率の向上を図ることができる。
【００１２】
上記の燃料ガス噴射装置において、前記複数のインジェクタから１回ずつ又は複数回ずつ交代で間欠的に燃料ガスが噴射されるように前記複数のインジェクタのそれぞれの動作を制御するインジェクタ制御部を備えていてもよい。
【００１３】
上記の燃料ガス噴射装置において、前記複数のインジェクタのそれぞれから前記ノズルまでの流路は、長さ及び流路断面積が互いに略同一になるように構成されていてもよい。
【００１４】
このような構成によれば、複数のインジェクタのそれぞれからノズルまでの燃料ガスの圧損のバラツキを小さくすることができる。
【００１５】
上記の燃料ガス噴射装置において、前記エジェクタは、前記ノズルの下流側に配置されたディフューザと、前記ノズルと前記ディフューザとの間に前記燃料排ガスを導くための吸込部と、を有していてもよい。
【００１６】
このような構成によれば、燃料ガスと燃料排ガスを効率的に燃料電池に供給することができる。
【００１７】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路と、前記燃料ガス供給路に設けられた上述した燃料ガス噴射装置と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
このような構成によれば、上述した燃料ガス噴射装置と同じ効果を奏する燃料電池システムを得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ノズルの下流側の燃料ガスの圧力をノズルの上流側の燃料ガスの圧力よりも効果的に高くすることができ、これにより、ノズルを通過するガス流速を音速とすることができるため、燃料排ガスの循環効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料ガス噴射装置を備えた燃料電池システムの概略構成説明図である。
【図２】燃料ガス噴射装置の概略構成説明図である。
【図３】変形例に係る燃料ガス噴射装置の概略構成説明図である。
【図４】図４Ａは、第１閾値を説明するためのグラフであり、図４Ｂは、第２閾値を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る燃料ガス噴射装置及び燃料電池システムについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る燃料電池システム１１は、例えば、燃料電池電気自動車等の燃料電池車両（図示せず）に搭載される。
【００２３】
燃料電池システム１１は、燃料電池スタック１２（燃料電池）を備える。燃料電池スタック１２には、燃料ガスである、例えば、水素ガスを供給する燃料ガス供給装置１４と、酸化剤ガスである、例えば、空気を供給する酸化剤ガス供給装置１６と、冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置１８とが設けられる。燃料電池システム１１は、さらにエネルギ貯蔵装置であるバッテリ２０と制御部２２を備える。
【００２４】
燃料電池スタック１２は、複数の発電セル２４が水平方向又は鉛直方向に積層される。発電セル２４は、電解質膜・電極構造体２６を第１セパレータ２８及び第２セパレータ３０で挟持して構成される。第１セパレータ２８及び第２セパレータ３０は、金属セパレータ又はカーボンセパレータにより構成される。
【００２５】
電解質膜・電極構造体２６は、例えば、水分が含まれたパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜３２と、固体高分子電解質膜３２を挟持するアノード電極３４及びカソード電極３６とを備える。固体高分子電解質膜３２は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質が使用される。
【００２６】
第１セパレータ２８と電解質膜・電極構造体２６との間には、アノード電極３４に燃料ガスを導くための燃料ガス流路３８が設けられている。第２セパレータ３０と電解質膜・電極構造体２６との間には、カソード電極３６に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路４０が設けられている。互いに隣接する第１セパレータ２８と第２セパレータ３０との間には、冷却媒体（冷媒）を流通させるための冷却媒体流路４２が設けられている。
【００２７】
燃料電池スタック１２には、燃料ガス入口４４ａ、燃料ガス出口４４ｂ、酸化剤ガス入口４６ａ、酸化剤ガス出口４６ｂ、冷却媒体入口４８ａ及び冷却媒体出口４８ｂが設けられる。燃料ガス入口４４ａは、各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、燃料ガス流路３８の供給側に連通する。燃料ガス出口４４ｂは、各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、燃料ガス流路３８の排出側に連通する。燃料ガス流路３８、燃料ガス入口４４ａ及び燃料ガス出口４４ｂにより、アノード流路が構成される。
【００２８】
酸化剤ガス入口４６ａは、各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、酸化剤ガス流路４０の供給側に連通する。酸化剤ガス出口４６ｂは、各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、酸化剤ガス流路４０の排出側に連通する。酸化剤ガス流路４０、酸化剤ガス入口４６ａ及び酸化剤ガス出口４６ｂにより、カソード流路が構成される。
【００２９】
冷却媒体入口４８ａは、各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、冷却媒体流路４２の供給側に連通する。冷却媒体出口４８ｂは、各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、冷却媒体流路４２の排出側に連通する。
【００３０】
燃料ガス供給装置１４は、高圧の燃料ガス（高圧水素）を貯留する燃料ガスタンク５０を備える。燃料ガスタンク５０内の燃料ガスは、燃料ガス供給路５２及び燃料ガス噴射装置１０を介して燃料電池スタック１２の燃料ガス入口４４ａに供給される。燃料ガス噴射装置１０の具体的な構成については後述する。
【００３１】
燃料電池スタック１２の燃料ガス出口４４ｂには、燃料ガス排出路５４が連通する。燃料ガス排出路５４は、アノード電極３４で少なくとも一部が使用された燃料ガスである燃料排ガス（燃料オフガス）を、燃料電池スタック１２から導出する。燃料ガス排出路５４には、気液分離器５６が設けられる。
【００３２】
燃料ガス排出路５４の下流側の端部には、循環流路５８とパージ流路６０とが連結されている。循環流路５８は、燃料排ガスを燃料ガス噴射装置１０に導く。循環流路５８には、循環ポンプ６２が設けられる。循環ポンプ６２は、特に、燃料電池スタック１２の始動時に、燃料ガス排出路５４に排出された燃料排ガスを、循環流路５８を通って燃料ガス供給路５２に循環させる。
【００３３】
パージ流路６０には、パージ弁６４が設けられている。気液分離器５６の底部には、主に液体成分を含む流体を排出する排水流路６６の一端が連結されている。排水流路６６には、ドレイン弁６８が設けられている。
【００３４】
酸化剤ガス供給装置１６は、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口４６ａに連通する酸化剤ガス供給路７０と、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス出口４６ｂに連通する酸化剤ガス排出路７２とを備える。
【００３５】
酸化剤ガス供給路７０には、酸化剤ガス（大気からの空気）を圧縮して供給する酸化剤ガスポンプ７４が設けられている。酸化剤ガス供給路７０は、燃料電池スタック１２に酸化剤ガスを導入し、酸化剤ガス排出路７２は、カソード電極３６で少なくとも一部が使用された酸化剤ガスである排出酸化剤ガスを、燃料電池スタック１２から排出する。
【００３６】
冷却媒体供給装置１８は、燃料電池スタック１２の冷却媒体入口４８ａに連結される冷却媒体供給路７６を備える。冷却媒体供給路７６には、冷媒ポンプ７８が設けられている。冷却媒体供給路７６は、ラジエータ８０に連結されるとともに、ラジエータ８０には、冷却媒体出口４８ｂに連通する冷却媒体排出路８２が連結される。
【００３７】
燃料ガス噴射装置１０は、燃料ガス供給路５２に設けられている。図２に示すように、燃料ガス噴射装置１０は、インジェクタ装置８３とエジェクタ８５とを備える。インジェクタ装置８３は、導入部８４、第１インジェクタ８６、第２インジェクタ８８及び導出部９０を有する。
【００３８】
導入部８４は、分岐部８４ａ、第１導入路８４ｂ及び第２導入路８４ｃを含む。分岐部８４ａは、燃料ガス供給路５２から導かれた燃料ガスが流入する。第１導入路８４ｂは、分岐部８４ａと第１インジェクタ８６とを互いに連結し、分岐部８４ａの燃料ガスを第１インジェクタ８６に導く。第２導入路８４ｃは、分岐部８４ａと第２インジェクタ８８とを互いに連結し、分岐部８４ａの燃料ガスを第２インジェクタ８８に導く。
【００３９】
導出部９０は、第１導出路９０ａ、第２導出路９０ｂ及び合流部９０ｃを含む。第１導出路９０ａは、第１インジェクタ８６と合流部９０ｃとを互いに連結し、第１インジェクタ８６から噴射された燃料ガスを合流部９０ｃに導く。第２導出路９０ｂは、第２インジェクタ８８と合流部９０ｃとを互いに連結し、第２インジェクタ８８から噴射された燃料ガスを合流部９０ｃに導く。
【００４０】
第１インジェクタ８６と第２インジェクタ８８とは、互いに並列に設けられている。第１インジェクタ８６は、第１導入路８４ｂから導かれた燃料ガスを第１導出路９０ａに噴射する。第１インジェクタ８６には、燃料ガスを噴射する第１噴射口８６ａが形成されている。
【００４１】
詳細な図示は省略するが、第１インジェクタ８６は、インジェクタ本体に形成された流路を開閉するニードル弁と、ニードル弁を作動させるためのコイル（ソレノイド）とを有する。第１インジェクタ８６は、コイルに通電されることにより開弁し、コイルへの通電が遮断されることにより閉弁する。
【００４２】
第２インジェクタ８８は、第２導入路８４ｃから導かれた燃料ガスを第２導出路９０ｂに噴射する。第２インジェクタ８８には、燃料ガスを噴射する第２噴射口８８ａが形成されている。第２インジェクタ８８は、第１インジェクタ８６と同様に構成されている。
【００４３】
エジェクタ８５は、中空のボディ９２、入口部９４、吸込部９６、ノズル９８、ディフューザ１００を有する。入口部９４は、合流部９０ｃに連結しており、合流部９０ｃの燃料ガスをノズル９８に導く。吸込部９６は、循環流路５８に連結しており、循環流路５８の燃料排ガスをボディ９２の内孔９２ａに導く。
【００４４】
ノズル９８は、ボディ９２に設けられて入口部９４の燃料ガスをボディ９２の内孔９２ａに吐出する。ノズル９８には、燃料ガスを噴射する第３噴射口９８ａが形成されている。ディフューザ１００は、その上流側の開口部がノズル９８の第３噴射口９８ａに対向するように配設されている。ディフューザ１００とノズル９８との間には、所定の隙間Ｓが形成されている。ディフューザ１００から導出された燃料ガス及び燃料排ガスは、燃料ガス入口４４ａに導かれる（図１参照）。
【００４５】
第１噴射口８６ａのオリフィス相当径ＳA1と第２噴射口８８ａのオリフィス相当径ＳA2とを合計した合計オリフィス相当径ＳTと第３噴射口９８ａのオリフィス相当径ＳE1とは、ＳE1＜ＳTになるように設定されている。なお、オリフィス相当径ＳA1は、第１噴射口８６ａの開口面積に第１インジェクタ８６の流量係数を積算したものである。オリフィス相当径ＳA2は、第２噴射口８８ａの開口面積に第２インジェクタ８８の流量係数を積算したものである。オリフィス相当径ＳE1は、第３噴射口９８ａの開口面積にノズル９８の流量係数を積算したものである。
【００４６】
オリフィス相当径ＳA1及びオリフィス相当径ＳA2のそれぞれは、オリフィス相当径ＳE1よりも大きい。ただし、オリフィス相当径ＳA1及びオリフィス相当径ＳA2の少なくともいずれかは、オリフィス相当径ＳE1よりも小さくてもよい。また、オリフィス相当径ＳA1及びオリフィス相当径ＳA2は、互いに同一であってもよいし互いに異なっていてもよい。
【００４７】
このような燃料ガス噴射装置１０では、第１導出路９０ａの流路長は、第２導出路９０ｂの流路長と略同一である。第１導出路９０ａの流路断面積は、第２導出路９０ｂの流路断面積と略同一である。すなわち、第１導出路９０ａを流通する燃料ガスの圧損は、第２導出路９０ｂを流通する燃料ガスの圧損と略同じである。また、第１インジェクタ８６から噴射された燃料ガスと第２インジェクタ８８から噴射された燃料ガスとは、合流部９０ｃで混合されて入口部９４を介してノズル９８に導入される。そのため、第１インジェクタ８６からノズル９８までの流路の長さ及び流路断面積は、第２インジェクタ８８からノズル９８までの流路の長さ及び流路断面積と略同一である。
【００４８】
図１において、制御部２２は、マイクロコンピュータを含む計算機であり、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリであるＲＯＭ、ＲＡＭ等を有しており、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されているプログラムを読み出し実行することで各種機能実現部（機能実現手段）として機能する。なお、各種機能実現部は、ハードウエアとしての機能実現器により構成することもできる。
【００４９】
制御部２２は、負荷が必要とする電力に基づいて燃料電池スタック１２の発電量を制御する。制御部２２は、第１インジェクタ８６及び第２インジェクタ８８のそれぞれから同時に燃料ガスが噴射されるように第１インジェクタ８６及び第２インジェクタ８８の動作を制御するインジェクタ制御部１０４を有する。
【００５０】
このように構成される燃料電池システム１１の動作について、以下に説明する。
【００５１】
燃料ガス供給装置１４では、燃料ガスタンク５０から燃料ガス供給路５２に燃料ガスが供給される。このとき、インジェクタ制御部１０４は、第１インジェクタ８６及び第２インジェクタ８８の両方を開弁制御する。第１インジェクタ８６から第１導出路９０ａに噴射された燃料ガスと第２インジェクタ８８から第２導出路９０ｂに噴射された燃料ガスとは、合流部９０ｃで合流する。
【００５２】
そして、合流部９０ｃの燃料ガスは、入口部９４を介してノズル９８に流入し、ノズル９８からディフューザ１００に向けて吐出される。ディフューザ１００に吐出された燃料ガスは、燃料ガス入口４４ａから燃料ガス流路３８に導入され、燃料ガス流路３８に沿って移動することにより電解質膜・電極構造体２６のアノード電極３４に供給される。
【００５３】
酸化剤ガス供給装置１６では、酸化剤ガスポンプ７４の回転作用下に、酸化剤ガス供給路７０に酸化剤ガスが送られる。この酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口４６ａから酸化剤ガス流路４０に導入され、酸化剤ガス流路４０に沿って移動することにより電解質膜・電極構造体２６のカソード電極３６に供給される。
【００５４】
従って、各電解質膜・電極構造体２６では、アノード電極３４に供給される燃料ガスと、カソード電極３６に供給される酸化剤ガス中の酸素とが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００５５】
また、冷却媒体供給装置１８では、冷媒ポンプ７８の作用下に、冷却媒体供給路７６から燃料電池スタック１２の冷却媒体入口４８ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。冷却媒体は、冷却媒体流路４２に沿って流動し、発電セル２４を冷却した後、冷却媒体出口４８ｂから冷却媒体排出路８２に排出される。
【００５６】
次いで、アノード電極３４に供給されて一部が消費された燃料ガスは、燃料排ガスとして燃料ガス出口４４ｂから燃料ガス排出路５４に排出される。燃料排ガスは、燃料ガス排出路５４から循環流路５８を介してエジェクタ８５の吸込部９６に導入される。吸込部９６に導入された燃料排ガスは、燃料ガスがノズル９８からディフューザ１００に吐出されることによって発生した負圧の作用によってディフューザ１００とノズル９８との間の隙間Ｓに吸引されて燃料ガスに混合される。
【００５７】
燃料ガス排出路５４に排出された燃料排ガスは、必要に応じて、パージ弁６４の開放作用下に外部に排出（パージ）される。同様に、カソード電極３６に供給されて一部が消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口４６ｂから酸化剤ガス排出路７２に排出される。
【００５８】
本実施形態に係る燃料ガス噴射装置１０及び燃料電池システム１１は、以下の効果を奏する。
【００５９】
第１インジェクタ８６の第１噴射口８６ａのオリフィス相当径ＳA1と第２インジェクタ８８の第２噴射口８８ａのオリフィス相当径ＳA2とを合計した合計オリフィス相当径ＳTとエジェクタ８５のノズル９８の第３噴射口９８ａのオリフィス相当径ＳE1とは、ＳE＜ＳTになるように設定されている。
【００６０】
これにより、ノズル９８の下流側（隙間Ｓ）の燃料ガスの圧力をノズル９８の上流側（入口部９４）の燃料ガスの圧力よりも効果的に低くすることができる。よって、ノズル９８を通過するガス流速を音速とすることができるため、燃料排ガスの循環効率の向上を図ることができる。
【００６１】
インジェクタ制御部１０４は、第１インジェクタ８６及び第２インジェクタ８８のそれぞれから同時に燃料ガスが噴射されるように第１インジェクタ８６及び第２インジェクタ８８のそれぞれの動作を制御している。これにより、燃料電池スタック１２に対して必要な量の燃料ガスを効果的に供給することができる。
【００６２】
第１インジェクタ８６からノズル９８までの流路の長さ及び流路断面積は、第２インジェクタ８８からノズル９８までの流路の長さ及び流路断面積と略同一である。これにより、第１インジェクタ８６及び第２インジェクタ８８のそれぞれからノズル９８までの燃料ガスの圧損のバラツキを小さくすることができる。
【００６３】
エジェクタ８５は、ノズル９８の下流側に配置されたディフューザ１００と、ノズル９８とディフューザ１００との隙間Ｓに燃料排ガスを導くための吸込部９６とを有する。これにより、燃料ガスと燃料排ガスを効率的に燃料電池スタック１２に供給することができる。
【００６４】
本発明は、上述した構成に限定されない。燃料電池システム１１は、図３に示す燃料ガス噴射装置１０ａを備えていてもよい。なお、変形例に係る燃料ガス噴射装置１０ａにおいて、上述した燃料ガス噴射装置１０と同一の構成には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６５】
燃料ガス噴射装置１０ａにおいて、第１インジェクタ８６の第１噴射口８６ｂのオリフィス相当径ＳA3とノズル９８の第３噴射口９８ｂのオリフィス相当径ＳE2とは、ＳE2＜ＳA3になるように設定されている。オリフィス相当径ＳA3は、第１噴射口８６ｂの開口面積に第１インジェクタ８６の流量係数を積算したものである。オリフィス相当径ＳE2は、第３噴射口９８ｂの開口面積にノズル９８の流量係数を積算したものである。
【００６６】
また、第２インジェクタ８８の第２噴射口８８ｂのオリフィス相当径ＳA4とノズル９８の第３噴射口９８ｂのオリフィス相当径ＳE2とは、ＳE2＜ＳA4になるように設定されている。オリフィス相当径ＳA4は、第２噴射口８８ｂの開口面積に第２インジェクタ８８の流量係数を積算したものである。なお、オリフィス相当径ＳA3とオリフィス相当径ＳA4とは、互いに同一であってもよいし互いに異なっていてもよい。
【００６７】
このような燃料ガス噴射装置１０ａにおいて、インジェクタ制御部１０４は、第１インジェクタ８６及び第２インジェクタ８８から１回ずつ又は複数回ずつ交代で間欠的に燃料ガスが噴射されるように第１インジェクタ８６及び第２インジェクタ８８のそれぞれの動作を制御する。
【００６８】
オリフィス相当径ＳE2がオリフィス相当径ＳA3又はオリフィス相当径ＳE4に近似している場合、エジェクタ８５から燃料電池スタック１２に導入される燃料ガスの最大供給流量（ノズル９８の最大吐出流量）が第１インジェクタ８６又は第２インジェクタ８８の燃料ガスの噴射流量と略等しくなる。そのため、このような場合、オリフィス相当径ＳE2は、エジェクタ８５から燃料電池スタック１２に導入される燃料ガスの最大供給量とエジェクタ８５の燃料排ガスの循環効率とに基づいて設定するのが好ましい。
【００６９】
具体的には、オリフィス相当径ＳE2は、第１閾値Ｓα以上第２閾値Ｓβ以下に設定するのが好ましい（Ｓα≦ＳE2≦Ｓβ）。ここで、第１閾値Ｓαは、エジェクタ８５の燃料排ガスの循環効率が要求循環効率の下限値αとなるようなノズル９８のオリフィス相当径である（図４Ａ参照）。第２閾値Ｓβは、エジェクタ８５から燃料電池スタック１２に導入される燃料ガスの最大供給流量が要求最大供給流量の下限値βとなるようなノズル９８のオリフィス相当径である（図４Ｂ参照）。
【００７０】
燃料ガス噴射装置１０ａによれば、ＳE2＜ＳA3であるとともにＳE2＜ＳA4であるため、ノズル９８の下流側の燃料ガスの圧力をノズル９８の上流側の燃料ガスの圧力よりも効果的に高くすることができる。これにより、ノズル９８を通過するガス流速を音速とすることができるため、燃料排ガスの循環効率の向上を図ることができる。
【００７１】
本発明に係る燃料ガス噴射装置及び燃料電池スタックは、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【００７２】
１０…燃料ガス噴射装置                  １１…燃料電池システム
１２…燃料電池スタック（燃料電池）      ５２…燃料ガス供給路
８３…インジェクタ装置                  ８５…エジェクタ
８６…第１インジェクタ                  ８６ａ、８６ｂ…第１噴射口
８８…第２インジェクタ                  ８８ａ、８８ｂ…第２噴射口
９８…ノズル                            ９８ａ、９８ｂ…第３噴射口
ＳA1、ＳA2、ＳA3、ＳA4、ＳE1、ＳE2…オリフィス相当径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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