(57)【要約】【課題】主流体の圧力がエジェクタ装置を介してその下流側の機器に負荷されないようにする。【解決手段】主流体をノズル部５１１３から噴出する際のエネルギ交換作用によって吸引した副流体を吐出通路５２１に導くエジェクタ装置において、流体供給が不要になったときには、ノズルボディ５１１における主流通路５１１２の部位に形成されたノズルボディ側シール面５１１５と、ニードル５１２に形成されたニードル側シール面５１２５とを当接させて、主流通路５１１２を閉じることにより、主流体の圧力がエジェクタ装置を介してその下流側の機器に負荷されないようにする。また、このときノズル部５１１３とニードル５１２を非接触状態にして、ノズル部５１１３およびニードル５１２の摩耗や変形を防止する。【選択図】        図２
2004218531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主流体が導入される主流ポート（５１１４）、前記主流体を噴出させるノズル部（５１１３）、および前記主流ポートと前記ノズル部との間を連通させる主流通路（５１１２）が形成されたノズルボディ（５１１）と、
前記主流通路内において前記主流通路と同軸に配置され、軸方向に変位して前記ノズル部の開口面積を調整するニードル（５１２）と、
前記ノズル部から噴出された前記主流体を通過させる吐出通路（５２１）が形成された配管ユニット（５２）とを備え、
前記主流体を前記ノズル部から噴出する際のエネルギ交換作用によって吸引した副流体を前記吐出通路に導くエジェクタ装置において、
前記ノズルボディにおける前記主流通路の部位に形成されたノズルボディ側シール面（５１１５）と、前記ニードルに形成されたニードル側シール面（５１２５）とを備え、前記ノズルボディ側シール面と前記ニードル側シール面との当接により前記主流通路が閉じられることを特徴とするエジェクタ装置。
【請求項２】
前記ノズルボディ側シール面（５１１５）と前記ニードル側シール面（５１２５）とが当接した状態において、前記ノズル部（５１１３）と前記ニードル（５１２）は非接触状態であることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ装置。
【請求項３】
前記主流通路（５１１２）を段付き形状にして前記ノズルボディ側シール面（５１１５）を形成し、前記ニードル（５１２）を段付き形状にして前記ニードル側シール面（５１２５）を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載のエジェクタ装置。
【請求項４】
前記主流体が導入される主流ポート（５１１４）、前記主流体を噴出させるノズル部（５１１３）、および前記主流ポートと前記ノズル部との間を連通させる主流通路（５１１２）が形成されたノズルボディ（５１１）と、
前記ノズル部から噴出された前記主流体を通過させる吐出通路（５２１）が形成された配管ユニット（５２）とを備え、
前記主流体を前記ノズル部から噴出する際のエネルギ交換作用によって吸引した副流体を前記吐出通路に導くエジェクタ装置において、
前記主流体に熱エネルギーを与える加熱手段（５４）を備えることを特徴とするエジェクタ装置。
【請求項５】
前記加熱手段（５４）は、前記ノズルボディ（５１１）において前記主流ポート（５１１４）が形成された位置の周上の一部に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のエジェクタ装置。
【請求項６】
前記加熱手段（５４）は、ＰＴＣヒータであることを特徴とする請求項４または５に記載のエジェクタ装置。
【請求項７】
前記加熱手段（５４）は前記ノズルボディ（５１１）に装着され、
前記ノズルボディと前記配管ユニット（５２）は別体に形成されていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１つに記載のエジェクタ装置。
【請求項８】
軸方向に変位して前記ノズル部（５１１３）の開口面積を調整するニードル（５１２）と、前記ニードルを駆動する駆動ユニット（５３）とを備え、
前記駆動ユニットと前記ノズルボディと前記配管ユニット（５２）は別体に形成されていることを特徴とする請求項７に記載のエジェクタ装置。
【請求項９】
前記主流体に熱エネルギーを与える加熱手段（５４）を備え、前記加熱手段は、前記ノズルボディ（５１１）において前記ノズルボディ側シール面（５１１５）と前記ニードル側シール面（５１２５）との当接部を囲む位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ装置。
【請求項１０】
水素と酸素との化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池（１０）を有する燃料電池システムであって、
水素供給装置（３１）から前記燃料電池（１０）に水素を供給するための水素供給経路（３０）と、
前記燃料電池（１０）に供給された前記水素のうち前記化学反応に用いられなかった未反応水素を含んで前記燃料電池（１０）から排出されるオフガスを前記水素供給経路（３０）に合流させ、前記燃料電池（１０）に再循環させるオフガス循環経路（３４）と、
請求項１ないし９のいずれか１つに記載のエジェクタ装置とを備え、
前記エジェクタ装置は、前記水素供給経路（３０）と前記オフガス循環経路（３４）との合流部に設置され、前記水素供給装置（３１）からの水素を前記主流ポート（５１１４）から導入し、前記ノズル部（５１１３）から噴出させて前記オフガスを吸引し、吸引した前記オフガスを前記ノズル部から噴出される水素に混合させ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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主流体をノズル部から噴出させる際のエネルギ交換作用によって副流体を吸引するエジェクタ装置に関するもので、特に、燃料電池を有する燃料電池システムに用いるエジェクタ装置として好適である。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池の燃料利用率と発電効率の低下防止のため、燃料電池の燃料極から排出されるオフガスをポンプ装置により吸引し、供給燃料に混合して燃料電池に再循環させる燃料電池システムが知られている。オフガスを再循環させるためのポンプ装置には、供給燃料の流体エネルギを利用して省動力化を図ることができるため、エジェクタノズルを備えるエジェクタポンプが主に用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２６６９２２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エジェクタポンプを用いた燃料電池システムでは、燃料電池の発電が急停止した場合、すなわち、燃料電池が水素消費を急停止した場合、エジェクタポンプによる水素タンク圧の静圧から動圧への変換がなされなくなるため、水素タンクより供給される水素の圧力（静圧）がエジェクタポンプを介してそのままの圧力で燃料電池に負荷されることになり、最悪の場合、燃料電池の電極膜の破損による燃料電池本体故障を引き起こすことが懸念される。また、前述の如く、燃料電池の電極膜への圧力負荷が繰り返された場合、電極膜の疲労劣化が生じる。なお、水素タンク部で水素供給を遮断したとしても、水素タンクとエジェクタポンプとの間の残圧がエジェクタポンプを介して燃料電池に負荷されるため、上記と同様の問題が発生する。
【０００５】
さらに、エジェクタポンプを用いた燃料電池システムでは、燃料電池への水素供給量が少ないとき、すなわち、オフガスを循環するためのエネルギーが小さいときには、充分な循環量が得られないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、主流体の圧力がエジェクタ装置を介してその下流側の機器に負荷されないようにすることを目的とする。さらに、主流体の流量が少ないときでも副流体の吸引量を十分確保可能にすることを他の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、主流体が導入される主流ポート（５１１４）、主流体を噴出させるノズル部（５１１３）、および主流ポートとノズル部との間を連通させる主流通路（５１１２）が形成されたノズルボディ（５１１）と、主流通路内において主流通路と同軸に配置され、軸方向に変位してノズル部の開口面積を調整するニードル（５１２）と、ノズル部から噴出された主流体を通過させる吐出通路（５２１）が形成された配管ユニット（５２）とを備え、主流体をノズル部から噴出する際のエネルギ交換作用によって吸引した副流体を吐出通路に導くエジェクタ装置において、ノズルボディにおける主流通路の部位に形成されたノズルボディ側シール面（５１１５）と、ニードルに形成されたニードル側シール面（５１２５）とを備え、ノズルボディ側シール面とニードル側シール面との当接により主流通路が閉じられることを特徴とする。
【０００８】
これによると、エジェクタ装置の下流側の機器への流体供給が不要になったときには、両シール面を当接させて主流通路を閉じることにより、主流体の圧力がエジェクタ装置を介してその下流側の機器に負荷されないようにすることができる。
【０００９】
また、ノズル部とニードルとにより主流通路を閉じるものではないため、請求項２に記載の発明のように、ノズルボディ側シール面とニードル側シール面とが当接した状態において、ノズル部とニードルを非接触状態にすることができる。したがって、ノズル部およびニードルの摩耗や変形等が防止され、主流体の流量を長期にわたって安定して調整することができる。
【００１０】
因みに、請求項１に記載のエジェクタ装置を、請求項１０に記載の発明のように燃料電池システムに適用した場合、燃料電池への水素供給が不要になったときには両シール面を当接させて主流通路を閉じることにより、高圧の水素の圧力がエジェクタ装置を介して燃料電池に負荷されないようにすることができるため、燃料電池の電極膜の破損による燃料電池本体故障や、電極膜の疲労劣化を防止することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明のように、主流通路（５１１２）を段付き形状にしてノズルボディ側シール面（５１１５）を形成し、ニードル（５１２）を段付き形状にしてニードル側シール面（５１２５）を形成することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、主流体が導入される主流ポート（５１１４）、主流体を噴出させるノズル部（５１１３）、および主流ポートとノズル部との間を連通させる主流通路（５１１２）が形成されたノズルボディ（５１１）と、ノズル部から噴出された主流体を通過させる吐出通路（５２１）が形成された配管ユニット（５２）とを備え、主流体をノズル部から噴出する際のエネルギ交換作用によって吸引した副流体を吐出通路に導くエジェクタ装置において、主流体に熱エネルギーを与える加熱手段（５４）を備えることを特徴とする。
【００１３】
これによると、主流体のエネルギーの増大により副流体の吸引量が増加するため、主流体の流量が少ないときでも副流体の吸引量を十分確保することが可能になる。因みに、請求項４に記載のエジェクタ装置を、請求項１０に記載の発明のように燃料電池システムに適用した場合、特に燃料電池への水素供給量が少ない領域でオフガス循環量を増加させることができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明では、加熱手段（５４）は、ノズルボディ（５１１）において主流ポート（５１１４）が形成された位置の周上の一部に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
これによると、主流ポートから主流体が導入された時点で、加熱手段から主流体に確実に熱エネルギーを与えることができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明では、加熱手段（５４）は、ＰＴＣヒータであることを特徴とする。
【００１７】
これによると、ＰＴＣヒータに用いられるＰＴＣ素子は、自己温度制御機能を有するため、温度制御のための通電制御装置を不要にすることができ、シンプルな構成にすることができる。
【００１８】
請求項７に記載の発明では、加熱手段（５４）はノズルボディ（５１１）に装着され、ノズルボディと配管ユニット（５２）は別体に形成されていることを特徴とする。
【００１９】
これによると、ノズルボディと配管ユニットとの間には伝熱境界面が存在するため、加熱手段から配管ユニットへの熱エネルギーの伝達は抑制され、加熱手段の熱エネルギーはノズルボディを介して主流体に効率的に伝達される。
【００２０】
請求項８に記載の発明では、軸方向に変位してノズル部（５１１３）の開口面積を調整するニードル（５１２）と、ニードルを駆動する駆動ユニット（５３）とを備え、駆動ユニットとノズルボディと配管ユニット（５２）は別体に形成されていることを特徴とする。
【００２１】
これによると、ノズルボディと駆動ユニットとの間およびノズルボディと配管ユニットとの間には伝熱境界面が存在するため、加熱手段から駆動ユニットおよび配管ユニットへの熱エネルギーの伝達は抑制され、加熱手段の熱エネルギーはノズルボディを介して主流体に効率的に伝達される。
【００２２】
請求項９に記載の発明では、主流体に熱エネルギーを与える加熱手段（５４）を備え、加熱手段は、ノズルボディ（５１１）においてノズルボディ側シール面（５１１５）とニードル側シール面（５１２５）との当接部を囲む位置に配置されていることを特徴とする。
【００２３】
これによると、両シール面が当接した状態で凍結した場合、加熱手段によって凍結状態を解除することができる。
【００２４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図４に基づいて説明する。本第１実施形態の燃料電池システムは、燃料電池を電源として走行する電気自動車（燃料電池車両）に適用したものである。
【００２６】
図１は、本第１実施形態の燃料電池システムの全体概略構成を示している。図１に示すように、本第１実施形態の燃料電池システムは、燃料電池１０、空気供給装置２１、燃料供給装置３１、エジェクタポンプ５０、制御部４０、４１等を備えている。
【００２７】
燃料電池（ＦＣスタック）１０は、燃料としての水素と酸化剤としての酸素との電気化学反応を利用して電力を発生するものである。本第１実施形態では燃料電池１０として固体高分子電解質型燃料電池を用いており、基本単位となるセルが複数積層されて構成されている。各セルは、電解質膜が一対の電極で挟まれた構成となっている。燃料電池１０は、図示しない走行用モータや２次電池等の電気機器に電力を供給するように構成されている。燃料電池１０では、水素および空気（酸素）が供給されることにより、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギが発生する。
【００２８】
（水素極側）Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
（酸素極側）２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
この電気化学反応により生成水が発生するともに、燃料電池１０には加湿された水素、空気が供給され、燃料電池１０内部で凝縮水が発生する。このため、燃料電池１０内部には水分が存在する。なお、燃料電池１０には、出力電圧を検出するための電圧センサ１１が設けられている。
【００２９】
燃料電池システムには、燃料電池１０の酸素極（正極）側に空気（酸素）を供給するための空気供給経路２０と、燃料電池１０の水素極（負極）側に水素を供給するための水素供給経路３０が設けられている。空気供給経路２０の最上流部には空気供給装置２１が設けられ、水素供給経路３０の最上流部には水素供給装置３１が設けられている。本第１実施形態では、空気供給装置２１としてコンプレッサを用い、水素供給装置３１として水素ガスが充填された高圧水素タンクを用いている。
【００３０】
水素供給経路３０には、水素供給装置３１からの水素供給量および水素供給圧力を調整するためのレギュレータ（水素供給圧力制御手段）３２が設けられている。また、空気供給経路２０における燃料電池１０入口付近には、空気供給圧を検出するための空気供給圧検出センサ２２が設けられ、水素供給経路３０における燃料電池１０入口付近には、水素供給圧を検出するための水素供給圧検出センサ３３が設けられている。燃料電池１０への水素供給圧は、エジェクタポンプ５０の吐出圧（出口圧力）となっている。
【００３１】
燃料電池１０から排出される未反応水素を含んだオフガスを、水素供給装置３１からの主供給水素に合流させて燃料電池１０に再供給するためのオフガス循環経路３４が設けられている。オフガス循環経路３４は、燃料電池１０の水素極出口側と水素供給経路３０におけるレギュレータ３２の下流側とを接続している。オフガス循環経路３４には、オフガス中に含まれる水分を分離除去するための気液分離器３５、オフガスを外部に排出するための排出バルブ３６、オフガスの外部排出時にオフガスの逆流を防ぐための逆止弁３７が設けられている。なお、気液分離器３５にて分離された水は、下方に設けられたバルブを開放することにより排出される。
【００３２】
水素供給経路３０におけるオフガス循環経路３４の合流点には、オフガスを循環させるためのポンプ手段としてエジェクタポンプ５０が設けられている。エジェクタポンプ５０は、高速で噴出する作動流体のエネルギ交換作用によって流体輸送を行う運動量輸送式ポンプであり、具体的には、水素供給装置３１から供給される主供給水素の流体エネルギを利用してオフガスを吸引して循環させるものである。エジェクタポンプ５０については後述する。
【００３３】
燃料電池システムには、２つの制御部（ＥＣＵ）４０、４１が設けられている。第１制御部４０には、アクセル開度センサ４３にて検出したアクセル４２の開度等が入力されるとともに、アクセル開度等に基づいて燃料電池１０の要求発電量を演算する。さらに第１制御部４０は、燃料電池１０が要求発電量を発電するために必要な水素供給量、必要なオフガス循環量、必要な水素供給圧力（エジェクタポンプ吐出圧）を演算し、第２制御部４１に指令を与える。
【００３４】
第１制御部４０は、燃料電池１０が要求発電量を発電するために必要な空気供給量を演算し、コンプレッサ２１の回転数制御を行う。このとき第１制御部４０は、空気供給圧検出センサ２２からのセンサ信号に基づいてコンプレッサ２１の回転数のフィードバック制御を行う。なお、第１制御部４０は、電圧センサ１１からのセンサ信号に基づいて燃料電池１０の発電状態を管理する。
【００３５】
また、第２制御部４１には、第１制御部４０からの制御信号と水素供給圧検出センサ３３からのセンサ信号が入力される。第２制御部４１は、必要水素供給量に基づいてレギュレータ３２のバルブ開度を演算し、必要オフガス循環量に基づいてエジェクタポンプ３４のノズル開度を演算するとともに、レギュレータ３２およびエジェクタポンプ５０に制御信号を出力する。さらに、第２制御部４１は、気液分離器３５および排気バルブ３６に制御信号を出力する。
【００３６】
次に、エジェクタポンプ５０について図２〜図４に基づいて説明する。図２はエジェクタポンプ５０の全開状態を示す断面図、図３は図２のＡ部の拡大図、図４はエジェクタポンプ５０の閉弁状態を示す断面図である。
【００３７】
エジェクタポンプ５０は、ノズルユニット５１、配管ユニット５２、および駆動ユニット５３から構成されており、各ユニット５１、５２、５３は別体に形成された後、適宜の締結手段により結合されている。
【００３８】
ノズルユニット５１は、ノズルボディ５１１と、ニードル５１２とを有する。ノズルボディ５１１およびニードル５１２は、耐食性に富む金属、例えばＳＵＳ３１６ＬまたはＳＵＳ３０４Ｌからなり、さらにニードル５１２は、滑り特性と耐摩耗性を向上させるためにＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）処理が施されている。
【００３９】
ノズルボディ５１１は、略円筒状であり、ニードル５１２を摺動自在に保持する円柱状のガイド穴５１１１と、ガイド穴５１１１よりも小径で、後述する主流ポートとノズル部との間を連通させる円柱状の主流通路５１１２と、先端部に向かって径が小さくなるテーパ状のノズル部５１１３が、ノズルボディ５１１の軸方向に沿って順に形成されている。
【００４０】
ノズルボディ５１１の軸方向中間部には、主流通路５１１２と連通する主流ポート５１１４が形成されており、主流ポート５１１４には、水素供給経路３０が接続され、水素供給装置３１からの水素が導入されるようになっている。
【００４１】
主流通路５１１２を段付き形状にしてノズルボディ側シール面５１１５が形成されており、このノズルボディ側シール面５１１５は、主流通路５１１２における主流ポート５１１４側の端部に主流通路５１１２を囲むようにして形成されている。
【００４２】
ニードル５１２は、段付き円筒形状になっており、その軸方向中間部に形成された大径円柱部５１２１がガイド穴５１１１に摺動自在に保持されている。大径円柱部５１２１からノズル部５１１３側に向かって、大径円柱部５１２１よりも小径の第１小径円柱部５１２２が延びている。この第１小径円柱部５１２２の端部には、先端部に向かって径が小さくなるテーパ部５１２３が形成されており、このテーパ部５１２３によりノズル部５１１３の開口面積を調整するようになっている。
【００４３】
大径円柱部５１２１から反ノズル部５１１３側に向かって、大径円柱部５１２１よりも小径の第２小径円柱部５１２４が延びている。大径部５１２１におけるノズル部５１１３側の端面には、ノズルボディ側シール面５１１５との当接により主流通路５１１２を閉じるニードル側シール面５１２５が形成されている。ここで、ニードル側シール面５１２５がノズルボディ側シール面５１１５に当接した状態において、ノズル部５１１３とテーパ部５１２３は当たらないように、各部の寸法関係等が設定されている。
【００４４】
配管ユニット５２は、ノズルユニット５１のノズルボディ５１１におけるノズル部５１１３側の端部に配置されている。配管ユニット５２は、略円筒状であり、ノズル部５１１３から噴出される水素等を通過させる吐出通路５２１が、軸方向に延びるように形成されている。この吐出通路５２１の一端側にノズル部５１１３が挿入され、吐出通路５２１の他端は水素供給経路３０を介して燃料電池１０に接続されている。配管ユニット５２の軸方向中間部には、吐出通路５２１と連通する吸引ポート５２２が形成されており、吸引ポート５２２にはオフガス循環経路３４が接続されている。
【００４５】
駆動ユニット５３は、ノズルユニット５１のニードル５１２を駆動するもので、ノズルボディ５１１における反ノズル部５１１３側の端部に配置されている。駆動ユニット５３は、具体的にはステップモータであり、ロータ５３１、ステータ５３２、シールド５３３、およびニードルガイド５３４からなる。
【００４６】
ニードルガイド５３４は、ノズルボディ５１１に固定され、ニードル５１２の第２小径円柱部５１２４を摺動自在に保持する。また、ニードル５１２の第２小径円柱部５１２４は、その先端部にてロータ５３１に固定されている。
【００４７】
ロータ５３１に形成した雌ネジ５３２１とニードルガイド５３４に形成した雄ネジ５３４１とが螺合しており、これにより、ロータ５３１が回転されるとロータ５３１およびニードル５１２が軸方向に移動するようになっている。
【００４８】
次に、上記構成の燃料電池システムの作動について説明する。
【００４９】
燃料電池１０にて水素が消費されている状況では、水素供給装置３１から水素供給経路３０およびエジェクタポンプ５０を介して燃料電池１０に水素が供給される。この主供給水素がエジェクタポンプ５０内を通過する際、主供給水素はノズル部５１１３から高速のガス流として流出する。この時、主供給水素の流体エネルギがオフガス循環の運動エネルギとしてエネルギ交換が成される。このため、高速ガス流となった主供給水素は、ノズル部５１１３外周部に存在するオフガスを引き込むようにして吐出通路５２１に流れる。この結果、ノズル部５１１３外周部には負圧が発生することとなり、オフガス循環経路３４を流れるオフガスが吸引ポート５２２から吸引されて吐出通路５２１に導かれる。吐出通路５２１にて混合された主供給水素とオフガスは、水素供給経路３０を介して燃料電池１０に供給される。
【００５０】
駆動ユニット５３にてニードル５１２を軸方向に移動させることにより、ノズル部５１１３の開口面積（開度）を調整して、主流水素量を制御する。
【００５１】
燃料電池１０にて水素が消費されない状況になった場合は、図４に示すように、ニードル側シール面５１２５がノズルボディ側シール面５１１５に当接する位置まで、駆動ユニット５３にてニードル５１２を軸方向に移動させることにより、主流通路５１１２を閉じる。
【００５２】
このように、燃料電池１０への水素供給が不要になったときには両シール面５１１５、５１２５を当接させて主流通路５１１２を閉じるため、高圧水素の圧力は燃料電池１０に作用せず、したがって、燃料電池１０の電極膜の破損による燃料電池本体故障や、電極膜の疲労劣化を防止することができる。
【００５３】
また、ニードル側シール面５１２５がノズルボディ側シール面５１１５に当接した状態において、ノズル部５１１３とテーパ部５１２３は当たらないようになっているため、ノズル部５１１３およびテーパ部５１２３の摩耗や変形等が防止され、主供給水素の流量を長期にわたって安定して調整することができる。
【００５４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５〜図７に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態に比較してエジェクタポンプ５０の構成が異なるものである。上記第１実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。図５はエジェクタポンプ５０の全開状態を示す断面図、図６はエジェクタポンプ５０の閉弁状態を示す断面図である。
【００５５】
図５および図６に示すように、本第２実施形態のエジェクタポンプ５０には、主供給水素に熱エネルギーを与える加熱手段としてＰＴＣヒータ５４が設けられている。ＰＴＣヒータ５４に用いられるＰＴＣ素子は、周知のように自己温度制御機能を有する定温発熱体として働くため、温度制御のための通電制御装置を不要にすることができる。このため、熱線式ヒータを用いる場合よりもシンプルな構成にすることができる。
【００５６】
ＰＴＣヒータ５４は、ノズルボディ５１１において主流ポート５１１４が形成された位置を含む円周上の一部に配置されている。換言すると、ＰＴＣヒータ５４と主流ポート５１１４は、ノズルボディ５１１の軸方向において同一の位置ないしは略同一の位置に配置されている。これにより、主流ポート５１１４から主供給水素が導入された時点で、主供給水素に確実に熱エネルギーを与えることができる。
【００５７】
また、ＰＴＣヒータ５４は、ノズルボディ側シール面５１１５を囲む位置に配置されている。このため、ニードル側シール面５１２５がノズルボディ側シール面５１１５に当接した状態で凍結した場合、ＰＴＣヒータ５４によって凍結状態を解除することができる。
【００５８】
主流ポート５１１４に導入された水素供給装置３１からの主供給水素は、ＰＴＣヒータ５４によって加熱される。ここで、ニードル５１２の大径円柱部５１２１がノズルボディ５１１に接触していて、ＰＴＣヒータ５４の熱エネルギーがノズルボディ５１１を介してニードル５１２に伝達されるため、ノズルボディ５１１内部に効率的に熱エネルギーが伝達される。さらに、ノズルボディ５１１内部は主供給水素によって冷却されるため外気に対して温度が低くなっている。また、熱の伝達は温度差が大きいほど効率が良い。したがって、ＰＴＣヒータ５４の熱エネルギーはノズルボディ５１１内部に効率よく伝達されることになる。
【００５９】
エジェクタポンプ５０は、ノズルユニット５１、配管ユニット５２、および駆動ユニット５３が別体に形成されており、このようにユニットを分割することによりヒートマスを分割している。一方、ＰＴＣヒータ５４の熱エネルギーがノズルボディ５１１に効率的に伝達されるように、ノズルユニット５１にＰＴＣヒータ５４を組み込んでいる。
【００６０】
この構成によれば、ＰＴＣヒータ５４とノズルユニット５１間ではダイレクトに熱伝達が行われるのに対し、ノズルユニット５１と配管ユニット５２との間、およびノズルユニット５１と駆動ユニット５３との間には伝熱境界面が存在するため、ＰＴＣヒータ５４から配管ユニット５２および駆動ユニット５３への熱エネルギーの伝達が抑制される。したがって、ＰＴＣヒータ５４の熱エネルギーはノズルユニット５１にて効率的に消費されることとなる。
【００６１】
図７は、ＰＴＣヒータ５４により主供給水素に熱エネルギーを付加した場合の循環比（図中の破線）、および主供給水素に熱エネルギーを付加しない場合の循環比（図中の実線）等を示している。因みに、本明細書でいう循環比は、循環比＝オフガス循環量／主供給水素流量、である。そして、ＰＴＣヒータ５４によって主供給水素に熱エネルギーを付加することにより、主供給水素のエネルギーが増大し、オフガスの循環能力が高まる。すなわち、図７に示すように、主供給水素流量が少ない領域で循環比が増加する。
【００６２】
ところで、主供給水素の圧力を高くしてもオフガスの循環能力を高めることが可能であるが、その場合には圧力増加に伴って配管系の強度向上対策等が必要になってくる。これに対し、本実施形態では、主供給水素の圧力を高くすることなくオフガスの循環能力を高めることができるため、配管系の強度向上対策等が不要である。
【００６３】
（他の実施形態）
上記実施形態では、エジェクタ装置を燃料電池システムに適用する例を示したが、本発明のエジェクタ装置は、冷凍サイクルにおいて冷媒を循環させるポンプとして用いることもできる。
【００６４】
また、上記第２実施形態では、加熱手段としてＰＴＣヒータ５４を用いたが、これに限らず、他の形式のヒータを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の燃料電池システムの全体構成を示す概念図である。
【図２】図１のエジェクタポンプの全開状態を示す断面図である。
【図３】図２のＡ部の拡大図である。
【図４】図１のエジェクタポンプの閉弁状態を示す断面図である。
【図５】第２実施形態のエジェクタポンプの全開状態を示す断面図である。
【図６】第２実施形態のエジェクタポンプの閉弁状態を示す断面図である。
【図７】第２実施形態のエジェクタポンプの作動説明に供する特性図である。
【符号の説明】
５１１…ノズルボディ、５１１２…主流通路、５１１３…ノズル部、
５１１４…主流ポート、５１１５…ノズルボディ側シール面、
５１２…ニードル、５１２５…ニードル側シール面、
５２…配管ユニット、５２１…吐出通路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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