(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス供給手段から燃料ガスが供給されるインレットポートと、燃料電池に連通する燃料ガス供給通路に接続されるアウトレットポートと、循環通路に接続され燃料電池から排出されて戻された燃料オフガスが吸入される吸引ポートとが設けられたエゼクタ本体と、
前記インレットポートを介して供給された燃料ガスを吐出するノズル孔を有するノズルと、
前記ノズル孔から吐出される燃料ガスと前記循環通路を介して燃料電池から排出されて戻された燃料オフガスとを混合するディフューザと、
前記ノズルの中空部内に軸方向に沿って延在するニードルを有し、前記ノズル孔における吐出断面積を調整するノズル孔断面積調整機構と、
コイルの励磁作用によって、前記ニードルと一体的に固定コア側に向かって変位可能に設けられた可動コアを含むソレノイドと、
前記可動コアの一端部に半径外方向に突出して形成される環状フランジ部に設けられ、前記可動コアの摺動方向において前記環状フランジ部と対向する前記エゼクタ本体内の壁面に当接して前記可動コアの変位を規制する弾性体からなるストッパと、
を備え、
前記ストッパは、前記環状フランジ部に設けられ、前記環状フランジ部に形成された溝部に沿って周方向に延在する環状体と、前記環状体の平坦面から前記可動コアの軸方向に沿って突出する複数の突起部とを有し、
前記環状体及び前記突起部は、前記環状フランジ部の表裏両面にそれぞれ設けられると共に、表面側の前記環状体及び前記突起部と裏面側の前記環状体及び前記突起部とが一体的に形成され、
前記ストッパは、前記環状フランジ部の表裏両面を貫通するように設けられることを特徴とする燃料電池用エゼクタ。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池用エゼクタにおいて、
前記可動コアが前記固定コア側に向かって変位した際、前記ストッパが前記エゼクタ本体内の壁面に当接し、前記可動コアと前記固定コアとの間には、離間ギャップが形成されることを特徴とする燃料電池用エゼクタ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の燃料電池用エゼクタにおいて、
前記突起部は、半球形状で形成されることを特徴とする燃料電池用エゼクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに組み込まれる燃料電池用エゼクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）等の燃料電池を搭載した燃料電池自動車の開発が盛んである。この燃料電池自動車は、燃料電池の発電電力によってモータを回転させ走行する。
【０００３】
燃料電池は、一般に、複数の単セルが積層されたスタックによって構成される。単セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）を備えている。そして、ＭＥＡのアノードに燃料ガス（水素）が、カソードに酸化剤ガス（酸素を含む空気）がそれぞれ供給されると、各単セルにおいて電位差が発生し、次いで、燃料電池に接続されるモータ等の外部負荷と電気的に接続されることにより、燃料電池が発電する。
【０００４】
燃料電池を含む燃料電池システムでは、燃料電池から排出された燃料オフガス（水素オフガス）を、燃料電池に対して新たに供給される燃料ガス（水素）と混合して再循環させることにより、燃料ガスを有効活用すると共に、固体高分子型燃料電池のエネルギ効率を向上させることが提案されている。この場合、従来技術では、エゼクタを用いて燃料オフガスを再循環させる燃料電池システムが知られている。
【０００５】
ところで、このエゼクタを用いた燃料電池システムでは、１つのエゼクタを構成するノズルのノズル径及びディフューザ径がそれぞれ固定されているため、例えば、前記燃料電池システムが搭載された燃料電池自動車の種々の運転状況（例えば、アイドル運転時から高速運転時までの種々の運転状況）に対応して燃料電池に対して燃料ガスを供給することが困難である、と指摘されている。
【０００６】
この点に関し、特許文献１には、ユニット本体内に、ノズル径がそれぞれ異なる３つのノズルを備えた第１〜第３エゼクタと、前記第１〜第３エゼクタに対して燃料ガスの供給通路を切り換える第１切換弁及び第２切換弁とを配設し、第１切換弁と第２切換弁とのオン・オフ動作の組み合わせによって、第１〜第３エゼクタ中から選択された所望のエゼクタに対して燃料ガスを切り換えて供給することが可能な燃料電池の流体供給装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１７８８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記燃料電池の流体供給装置では、第１切換弁及び第２切換弁がそれぞれソレノイドを備えた電磁弁からなり、前記ソレノイドの励磁作用によって可動コアが固定コアに吸引されるときや前記励磁作用が解除されて前記可動コアが初期位置に復帰する際、前記可動コアが磁性材料で形成された固定コアや他の金属製部材に衝突して当接音や振動が発生するおそれがある。
【０００８】
そこで、前記燃料電池の流体供給装置を燃料電池自動車に搭載した場合、前記ソレノイドの当接音や振動が車室内に伝播することを回避して、車室内の静穏性を確保することが要請される。
【０００９】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、ソレノイドで発生する当接音や振動を抑制して、車室内の静穏性を確保することが可能な燃料電池用エゼクタ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】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明は、燃料ガス供給手段から燃料ガスが供給されるインレットポートと、燃料電池に連通する燃料ガス供給通路に接続されるアウトレットポートと、循環通路に接続され燃料電池から排出されて戻された燃料オフガスが吸入される吸引ポートとが設けられたエゼクタ本体と、前記インレットポートを介して供給された燃料ガスを吐出するノズル孔を有するノズルと、前記ノズル孔から吐出される燃料ガスと前記循環通路を介して燃料電池から排出されて戻された燃料オフガスとを混合するディフューザと、前記ノズルの中空部内に軸方向に沿って延在するニードルを有し、前記ノズル孔における吐出断面積を調整するノズル孔断面積調整機構と、コイルの励磁作用によって、前記ニードルと一体的に固定コア側に向かって変位可能に設けられた可動コアを含むソレノイドと、前記可動コアの一端部に半径外方向に突出して形成される環状フランジ部に設けられ、前記可動コアの摺動方向において前記環状フランジ部と対向する前記エゼクタ本体内の壁面に当接して前記可動コアの変位を規制する弾性体からなるストッパと、
を備え、前記ストッパは、前記環状フランジ部に設けられ、前記環状フランジ部に形成された溝部に沿って周方向に延在する環状体と、前記環状体の平坦面から前記可動コアの軸方向に沿って突出する複数の突起部とを有し、前記環状体及び前記突起部は、前記環状フランジ部の表裏両面にそれぞれ設けられると共に、表面側の前記環状体及び前記突起部と裏面側の前記環状体及び前記突起部とが一体的に形成され、前記ストッパは、前記環状フランジ部の表裏両面を貫通するように設けられることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、環状フランジ部と対向するエゼクタ本体内の壁面に当接して可動コアの変位を規制する弾性体からなるストッパを設けている。このストッパは、環状体と、可動コアの軸方向に沿って突出する複数の突起部とによって構成される。この環状体及び突起部は、環状フランジ部の表裏両面にそれぞれ設けられると共に、表面側の環状体及び突起部と裏面側の環状体及び突起部とが一体的に形成される。さらに、このストッパは、環状フランジ部の表裏両面を貫通するように設けられる。ストッパをこのように構成することで、ソレノイドの励磁作用によって可動コアが固定コア側に向かって変位した際、前記ストッパが、エゼクタ本体内の壁面に当接して緩衝されることにより、当接音及び振動の発生が抑制される。従って、可動コアが固定コアに当接することが回避され、作動音や振動が図示しない燃料電池自動車の車室内に伝達されることが好適に阻止される。
【００１２】
一方、本発明では、ソレノイドの励磁作用が解除されて可動コアが初期位置に復帰する際、ストッパがエゼクタ本体内の壁面に当接して緩衝されることにより、当接音及び振動の発生が抑制される。従って、前記可動コアがエゼクタ本体内の壁面に当接することが回避され、作動音や振動が図示しない燃料電池自動車の車室内に伝達されることが好適に阻止される。
【００１３】
このように本発明では、可動コアの変位を規制する弾性体からなるストッパを前記可動コアの環状フランジ部の表裏両面に設けることにより、前記可動コアの作動に伴って発生するノイズや振動を緩衝・制振して、車室内に伝播されることを確実に阻止することができる。この結果、車室内の静穏性が確保され、いわゆるＮＶＨ（Noise Vibration and Harshness）特性を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明では、ソレノイドの励磁作用によって可動コアが固定コアに吸引されて変位した際、相互に対向する可動コアと固定コアとの間で離間ギャップを設定することにより、仮に、ストッパが経年変化等によって磨耗した場合であっても、前記可動コアと固定コアとの接触が回避され、可動コアと固定コアとの残留磁気による貼り付きを防止することができる。なお、ストッパの突起部を半球形状で形成することで当接後の離間が容易となり、粘着性を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
ソレノイドで発生する当接音や振動を抑制して、車室内の静穏性を確保することが可能な燃料電池用エゼクタを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るエゼクタが組み込まれた燃料電池システムのブロック構成図、図２は、前記エゼクタの軸方向に沿った縦断面図、図３は、図２のエゼクタにおいてノズル孔の縦断面積が変化した状態を示す縦断面図である。
【００１７】
図１に示されるように、燃料電池システム１０は、燃料電池１２と、内部に高圧の水素ガスが充填され、前記燃料電池１２に対し燃料ガスとして前記水素ガスを供給する水素タンク（燃料ガス供給手段）１４と、前記燃料電池１２に対して酸化剤ガス（酸素）を含む圧縮エアを供給するエアコンプレッサ１６と、前記燃料電池１２から排出された未反応の水素を気体（水素）と液体（水）とに分離すると共に、前記分離された水素を、前記燃料電池１２から排出される未反応のエアによって希釈する気液分離及び希釈部１８とを備えて構成される。
【００１８】
燃料電池１２は、例えば、固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）からなり、図示しない燃料電池自動車等の車両に搭載される。この燃料電池１２は、複数の単セル（図示せず）が積層して構成された図示しないスタック本体を有し、燃料ガスとして水素が供給されるアノードと、酸化剤ガスとして、例えば、酸素を含むエアが供給されるカソードとを備える。
【００１９】
前記水素タンク１４と前記燃料電池１２との間には、水素供給通路（燃料ガス供給通路）２０が設けられ、前記水素供給通路２０中には、燃料電池用エゼクタとして機能するエゼクタ２２が配設される。このエゼクタ２２は、燃料電池１２から排出された燃料オフガスである未反応の水素（以下、水素オフガスという）をフィードバックさせる循環通路２４に接続され、水素タンク１４から供給される水素と燃料電池１２からフィードバックされる水素オフガスとを混合させて燃料電池１２に対して再供給（再循環）するものである。
【００２０】
なお、前記水素タンク１４と前記エゼクタ２２との間には、エアコンプレッサ１６からのエアをパイロット圧信号として導入し、燃料電池１２に対して供給される水素の圧力を所定圧力に調圧するレギュレータ等を含む水素圧力調圧部（図示せず）が設けられる。
【００２１】
前記エアコンプレッサ１６と前記燃料電池１２との間には、エア供給通路２６が設けられ、前記エア供給通路２６には、前記エアコンプレッサ１６から供給された乾燥エアを加湿する加湿器２８が配設される。前記加湿器２８によって加湿されたエアは、エア供給通路２６を介して燃料電池１２のカソード側に導入される。
【００２２】
前記気液分離及び希釈部１８には、例えば、燃料電池１２のアノードに溜まった水やカソードから電解質膜を透過してアノードに混入した窒素ガスを含む燃料ガスを図示しない希釈器側にパージする図示しない水素パージ弁や、燃料電池１２から排出される水分を含んだ水素ガスを、水素と水とに分離する図示しないキャッチタンクや、前記キャッチタンクに溜まったドレンを排出する管路を開閉する図示しないドレン弁等が設けられる。
【００２３】
次に、エゼクタ２２について説明する。
このエゼクタ２２は、エゼクタ本体を有し、図２及び図３に示されるように、前記エゼクタ本体には、フィルタ３０を介して水素供給通路２０に接続され水素タンク１４から比較的高圧な水素が供給されるインレットポート３２ａと、燃料電池１２に連通する水素供給通路２０に接続され前記水素タンク１４から供給された水素と水素オフガスとが混合された混合ガスが排出されるアウトレットポート３２ｂと、循環通路２４に接続され前記循環通路２４を介して水素オフガスが吸入される吸引ポート３２ｃとが設けられる。
【００２４】
前記エゼクタ本体は、インレットポート３２ａ及び吸引ポート３２ｃに連通し水平方向に沿って貫通する第１空間部３４ａが形成された第１ブロック体３６ａと、前記第１ブロック体３６ａの一方の側面に第１シール部材３８ａを介して連結され、前記第１空間部３４ａ及びアウトレットポート３２ｂに連通し水平方向に沿って延在する第２空間部３４ｂが形成された第２ブロック体３６ｂと、前記第２ブロック体３６ｂと反対側である前記第１ブロック体３６ａの他方の側面に第２シール部材３８ｂを介して連結されるカバープレート４０と、前記カバープレート４０に対して一体的に締結されるハウジング４２とを有する。この場合、前記第１ブロック体３６ａ及び第２ブロック体３６ｂは、ねじ部材４１ａを介して一体的に連結され（図２参照）、また、前記第１ブロック体３６ａ、カバープレート４０及びハウジング４２は、それぞれ、ねじ部材４１ｂ、４１ｃを介して一体的に連結される（図５参照）。
【００２５】
なお、前記第１シール部材３８ａ及び第２シール部材３８ｂは、エゼクタ本体内に形成された第１空間部３４ａ及び第２空間部３４ｂを、気密乃至液密に保持するものである。
【００２６】
さらに前記エゼクタ本体の内部には、水平方向に沿って延在し内部に中空部４４が形成された略円筒状のノズル４６を有するノズル部と、前記ノズル４６の軸方向に沿った一端部側に配設され、前記ノズル４６と同軸状に設けられたディフューザ４８を有するディフューザ部と、前記ノズル４６の軸方向に沿った他端部側に配設され、後記するニードル５０を所定角度だけ傾動可能に締結するニードル締結機構５２と、前記ニードル５０を前記ノズル４６の軸方向に沿って進退動作させる電磁アクチュエータ部とがそれぞれ設けられる。
【００２７】
ノズル部は、図４（ａ）に示されるように、軸方向に沿って貫通しディフューザ４８側に向かって徐々に縮径するノズル孔４６ａが一端部に形成されたノズル４６を有する。前記ノズル４６は、ディフューザ４８側に突出して形成された鍔状のノズル保持部５４によって第１ブロック体３６ａに保持されると共に（図２参照）、前記ノズル保持部５４の内壁に形成された雌ねじ部に対し外周面の雄ねじ部４６ｂが螺合して固定される。
【００２８】
さらに、ノズル部は、図２及び図３に示されるように、前記ノズル４６の中空部４４内に配設され前記ノズル孔４６ａに沿って変位可能に設けられたニードル５０と、前記ノズル４６の他端部側の中空部４４内に装着され貫通孔５６によって前記ニードル５０を摺動可能に軸支する略円筒状の軸受部材５８と、前記ノズル４６の半径外方向に向かって突出するフランジ部４６ｃと前記ノズル４６の外周面に形成された雄ねじ部４６ｂとの間に介装されたシールリング６０とを有する。
【００２９】
前記ノズル４６の略中央部には、図４（ｂ）に示されるように、複数の水素導入孔６２が周方向に沿って約９０度ずつ離間して形成され（本実施形態では４個の水素導入孔６２を例示）、前記水素導入孔６２を通じてインレットポート３２ａから供給された水素がノズル４６の中空部４４内に導入される。
【００３０】
前記ニードル５０は、図２及び図３に示されるように、鋭く尖った頂点からなる先端部５０ａを有しノズル孔４６ａに臨む小径部５０ｂと、前記小径部５０ｂに連続し徐々に拡径するテーパ部５０ｃと、前記テーパ部５０ｃに連続し前記小径部５０ｂよりも直径が大きく軸方向に沿って略一定の外径に形成された中径部５０ｄと、前記中径部５０ｄに連続し前記中径部５０ｄよりも直径が大きく形成され部分球面９２からなる端面を有する大径部５０ｅとから構成される。
【００３１】
なお、本実施形態では、ノズル４６の外周面に形成される複数の水素導入孔６２が、周方向に９０度ずつ離間して４つ形成されているが（図４（ｂ）参照）、これに限定されるものではなく、複数個形成されていればよい。また、前記水素導入孔６２を平面視した形状は、円形状に限定されるものではなく、例えば、矩形状や楕円形状等であってもよい。
【００３２】
前記大径部５０ｅの外周面には、図２及び図３に示されるように、半径外方向に僅かに突出する環状のフランジからなり、後記するばね部材１００が係着されるばね受け部６６が設けられる。
【００３３】
軸受部材５８は、所定の内径を有する貫通孔５６が軸方向に沿って形成された円筒体からなる。この場合、ニードル５０（小径部５０ｂ、先端部５０ａ）がノズル４６のノズル孔４６ａの内径部に対して非接触状態とするためには、下記の式を充足するように、軸受部材５８の貫通孔５６の内径が設定されるとよい。
（Ｄ１−Ｄ２）Ｌ２／Ｌ１＜（Ｄ４−Ｄ３）／２・・・・（式）
但し、
Ｄ１；軸受部材５８の貫通孔５６の内径
Ｄ２；ニードル５０の中径部５０ｄの外径
Ｄ３；ニードル５０の小径部５０ｂの外径
Ｄ４；ノズル４６のノズル孔４６ａの内径
Ｌ１；軸受部材５８の軸方向に沿った長さ
Ｌ２；軸受部材５８とノズル孔４６ａとの軸方向に沿った離間距離
とする（図６（ａ）〜（ｃ）参照）。
【００３４】
図６（ｄ）の破線で示される直角三角形の一辺を構成する（Ｄ１−Ｄ２）Ｌ２／Ｌ１の長さは、ノズル孔４６ａの内径Ｄ４とニードル５０の小径部５０ｂの外径Ｄ３との差の半分の長さからなる（Ｄ４−Ｄ３）／２よりも小さく設定されることにより、ニードル５０（小径部５０ｂ、先端部５０ａ）がノズル４６のノズル孔４６ａの内径部に対して接触することが好適に回避される。
【００３５】
また、軸受部材５８は、ニードル５０の中径部５０ｄの略中央部を支持するようにノズル４６の他端部側の中空部４４内に装着され、ノズル４６の端面から軸受部材５８の外周面の一部が露呈するように設けられる（図２及び図３参照）。換言すると、摺動変位するニードル５０の重心（図示せず）は、軸受部材５８の軸方向に沿った一端部から他端部までの範囲内に位置するように設定されなくても、前記ニードル５０は軸受部材５８によって安定して軸支される。
【００３６】
ディフューザ４８は、ノズル孔４６ａを有するノズル４６の一部を囲繞するラッパ状の拡径部４８ａと、前記拡径部４８ａに連続する円筒体からなり内部にアウトレットポート３２ｂに向かって徐々に拡径する直線状の通路を有するスロート部４８ｂとから構成される。
【００３７】
この場合、ノズル４６、ニードル５０及びディフューザ４８は、それぞれ同軸（３者の軸線が一致する）となるように配設される。前記ノズル４６と前記ディフューザ４８との間には、吸入室６８が形成され、前記吸入室６８は、ディフューザ４８に形成された円形状の複数の吸入孔７０を通じて吸引ポート３２ｃと連通するように設けられる。
【００３８】
電磁アクチュエータ部は、樹脂封止体７２を介してハウジング４２内に収容されるソレノイド７４を含む。このソレノイド７４は、樹脂製材料のコイルボビン（図示せず）に巻回されるコイル７６を含むコイル組立体と、ハウジング４２の内壁に形成された凹部７７によって保持される固定コア７８と、前記固定コア７８と接近乃至離間可能に設けられた可動コア８０とを有する。コイル７６がモールドされた樹脂封止体７２とカバープレート４０との間には、中間プレート７９が介装される。前記樹脂封止体７２の径方向には、前記樹脂封止体７２の外径面とハウジング４２の内径面との間で所定の間隙８１が形成される。ハウジング４２の凹部７７の底壁と前記底壁と対向する固定コア７８の端面との間には、所定の間隙８３が形成される。
【００３９】
可動コア８０の外周面には、軸方向に沿って延在する長溝８２が形成され（図４（ａ）参照）、可動コア８０と固定コア７８との間に形成される室８４と第１空間部３４ａとが前記長溝８２を通じて連通することにより、可動コア８０が変位する際、前記室８４内のガスが円滑に給排される。
【００４０】
また、可動コア８０の軸方向に沿った一端部には、図４（ａ）に示されるように、半径外方向に向かって所定長だけ突出する環状フランジ部８０ａが形成される。前記環状フランジ部８０ａには、図７（ａ）、（ｂ）に示されるように、環状溝（溝部）８５に沿って装着された帯状の環状体８７ａと、前記環状体８７ａの平坦面に周方向に沿って約９０度離間して複数個配置され、可動コア８０の軸線と平行（可動コア８０の作動方向）に所定長だけ突出して形成された半球状の突起部８７ｂとが一体的に構成されたストッパ８７が設けられる。なお、前記突起部８７ｂの形状は、半球状（縦断面が略半円形状）に限定されるものではなく、例えば、縦断面が多角形状や半楕円形状、その複合形状等も含まれる。
【００４１】
このストッパ８７は、例えば、ゴム製材料、樹脂製材料、スポンジ材料等によって形成された弾性体からなり、環状フランジ部８０ａの表裏両面に、焼付け処理等によって形成される。なお、前記ストッパ８７を、例えば、コイルスプリング、板ばね等のばね部材からなる弾性体によって形成してもよい。
【００４２】
ソレノイド７４の励磁作用によって可動コア８０が固定コア７８側に向かって変位した際、前記ストッパ８７の半球状の突起部８７ｂが、他の部材として機能するカバープレート４０の第２環状段部４０ｂに当接して緩衝されることにより、当接音及び振動の発生が抑制される（図３及び図９参照）。従って、可動コア８０が固定コア７８に当接することが回避され、作動音や振動が図示しない燃料電池自動車の車室内に伝達されることが好適に阻止される。
【００４３】
一方、ソレノイド７４の励磁作用が解除され、復帰スプリング８８のばね力によって可動コア８０が初期位置に復帰する際、ストッパ８７が他の部材として機能する金属製の第１ブロック体３６ａの端面に当接して緩衝されることにより、当接音及び振動の発生が抑制される（図２及び図５参照）。従って、前記可動コア８０が第１ブロック体３６ａの端面に当接することが回避され、作動音や振動が図示しない燃料電池自動車の車室内に伝達されることが好適に阻止される。
【００４４】
さらに、図５に示されるように、可動コア８０の軸方向に沿った他端部には、固定コア７８から離間する方向に窪む断面テーパ状の窪み部８９が形成される。前記窪み部８９と対向する固定コア７８の端部には、前記窪み部８９の形状に対応する断面テーパ状の凸部９１が可動コア８０側に向かって所定長だけ突出して形成される。ソレノイド７４が励磁されて可動コア８０が固定コア７８に吸引された場合、前記可動コア８０の窪み部８９と前記固定コア７８の凸部９１との間に離間ギャップ９３が形成される（図９参照）。
【００４５】
カバープレート４０には、固定コア７８側に向かって略水平方向に突出し可動コア８０の外周面を囲繞する薄肉の円筒部８６が、前記カバープレート４０と一体的に設けられる。前記可動コア８０が変位する際、前記円筒部８６に沿って摺動することにより直線方向に沿ってガイドされる。なお、前記円筒部８６は、その突出方向の一端部が固定コア７８の環状段部に固定（溶接）されることにより気密性が保持され、第１空間部３４ａ内に導入された水素がコイル７６側へ進入することを防止する機能を有する。
【００４６】
さらに、前記電磁アクチュエータ部は、一端部が前記可動コア８０の環状フランジ部８０ａに係着され他端部がカバープレート４０の第１環状段部４０ａに係着される復帰スプリング８８を有する。前記復帰スプリング８８は、そのばね力によって前記可動コア８０をノズル４６側に向かって押圧する作用を有し、可動コア８０が固定コア７８から離間して初期位置に復帰するように設けられる。なお、コイル７６は、樹脂封止体７２によって支持される端子部９０を介して、図示しない電源と電気的に接続される。
【００４７】
この場合、ニードル５０及び前記ニードル５０を変位させる電磁アクチュエータ部は、ノズル孔断面積調整機構として機能するものであり、図示しない電源をオンにしてコイル７６に電流を流すことにより励磁作用が発生し、前記励磁作用によって可動コア８０及びニードル５０が固定コア７８側に向かって一体的に変位することにより、ディフューザ４８に向かって水素が噴射されるノズル孔４６ａの縦断面積を変化させることができる。なお、前記ノズル孔４６ａの縦断面積については、後記で詳細に説明する。
【００４８】
軸受部材５８に近接する可動コア８０の一端部には、前記可動コア８０と部分球面９２との接触点を基点Ｓ（図１０及び図１１（ｂ）参照）として、ニードル５０を所定角度だけ傾動可能に保持するニードル締結機構５２が設けられる。
【００４９】
このニードル締結機構５２は、図１０に示されるように、可動コア８０の一端部側に軸方向に沿って所定長だけ窪んで形成され大径部５０ｅを含むニードル５０の一端部が挿入される凹部９４と、前記凹部９４の開口部に装着され中心部にニードル５０が挿通する挿通孔９６が形成されたカラー部材９８と、一端部がニードル５０のばね受け部６６に係着され他端部が前記カラー部材９８の内壁に係着され前記可動コア８０の凹部９４内に収納される小径なばね部材１００とを有する。
【００５０】
前記凹部９４には、可動コア８０の軸線と直交する平面からなる底壁９４ａが形成される。ニードル５０の一端面には、部分球面９２が形成され、前記部分球面９２は、前記底壁９４ａと点接触するように設けられる。従って、ニードル５０は、前記底壁９４ａと点接触する部分球面９２を基点Ｓとして所定角度だけ傾動可能で、且つラジアル方向に自由度を有するように締結される。
【００５１】
図１０に示されるように、可動コア８０の凹部９４を構成する内周壁９４ｂとニードル５０の端縁部であるばね受け部６６の外径面との間で、径方向に沿った所定のクリアランスＣ１が設定されると共に、ニードル５０の中径部５０ｄの外周面とカラー部材９８の挿通孔９６の内径面との間で、径方向に沿った所定のクリアランスＣ２が設定されることにより、ニードル５０のラジアル方向の自由度が確保される。
【００５２】
この場合、ニードル５０は、図１１（ａ）の二点鎖線で示されるように、底壁９４ａと部分球面９２とが点接触した状態で前記クリアランスＣ１、Ｃ２だけ径方向（矢印Ａ方向）に沿って変位可能（スライド可能）に設けられると共に、図１１（ｂ）の二点鎖線で示されるように、前記底壁９４ａと点接触する部分球面９２を基点Ｓとして、ディフューザ４８に近接するニードル５０の一端部が矢印Ｂ方向に所定角度だけ傾動可能に設けられる。なお、所定角度だけ傾動したニードル５０は、ばね部材１００のばね力によって初期位置に復帰するように設けられる。
【００５３】
可動コア８０の凹部９４の底壁９４ａと点接触するニードル５０の端面を、部分球面形状とすることにより、可動コア８０に対するニードル５０の当接角度の自由度を向上させることができる。
【００５４】
本実施形態に係るエゼクタ２２が組み込まれた燃料電池システム１０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００５５】
先ず、燃料電池１２の発電停止時には、図示しない遮断弁によって水素タンク１４から水素の供給が遮断され、エゼクタ２２のインレットポート３２ａに対する水素の供給が停止された状態にある。この場合、図示しない制御部の制御によってエゼクタ２２の電磁アクチュエータ部を構成するソレノイド７４（コイル７６）に対して電流が流されていない非励磁状態となり、図２に示されるように、復帰スプリング８８のばね力によって可動コア８０が固定コア７８から軸方向に沿って所定距離だけ離間した状態にある。
【００５６】
このソレノイド７４の非励磁状態では、図１２（ａ）に示されるように、ニードル５０の一端部がノズル４６のノズル孔４６ａ内に挿入され、前記ニードル５０の先端部５０ａがノズル孔４６ａから外部に突出している。従って、水素が吐出されるノズル孔４６ａの縦断面積は、ノズル孔４６ａの内径面積からニードル５０の小径部５０ｂの外径面積が減算されたものとなる。
【００５７】
一方、燃料電池１２の発電時では、図示しない遮断弁が開弁状態となって、水素タンク１４から水素供給通路２０を介して燃料電池１２のアノードに対して水素が供給されると共に、エアコンプレッサ１６が駆動され、加湿器２８で加湿されたエアがエア供給通路２６を介して燃料電池１２のカソードに供給される。
【００５８】
エゼクタ２２では、水素タンク１４からの比較的高圧な水素がインレットポート３２ａを通じて供給され、フィルタ３０で塵埃等が除去された後、エゼクタ本体内の第１空間部３４ａに導入される。さらに、前記水素は、ノズル４６の外周面に形成された複数の水素導入孔６２を介してノズル４６の中空部４４内に導入された後、ノズル孔４６ａとニードル５０の一端部とのギャップＧ（図１２（ａ）参照）を通じてディフューザ４８側に向かって吐出される。
【００５９】
このノズル孔４６ａによって流量が絞られて加速された水素は、ディフューザ４８のスロート部４８ｂに沿って流通し、アウトレットポート３２ｂから水素供給通路２０に沿って燃料電池１２に供給される。ソレノイド７４の非励磁状態では、図１２（ａ）に示されるように、ノズル孔４６ａの縦断面積が、ノズル孔４６ａの内径面積からニードル５０の一端部の小径部５０ｂの外径面積を減算したものとなり、比較的小流量の水素が燃料電池１２に対して供給される。
【００６０】
同時に、ノズル４６のノズル孔４６ａの先端からディフューザ４８に向かって水素が噴射（吐出）される際、ノズル４６とディフューザ４８の拡径部４８ａとの間の部位において、いわゆるジェットポンプ効果によって負圧作用が発生する。この負圧作用によって吸入室６８内の水素オフガスが吸い込まれ、ノズル４６から吐出された水素と吸引ポート３２ｃを通じて吸引された水素オフガスとがディフューザ４８で混合され、アウトレットポート３２ｂから水素供給通路２０に導出される。
【００６１】
ところで、燃料電池１２の運転状態において、小流量の水素の供給では不足して比較的大流量の水素が要求される場合、図示しない制御部の制御によってエゼクタ２２のソレノイド７４に電流を流して励磁状態とする。前記ソレノイド７４が励磁されることにより、可動コア８０が固定コア７８側に向かって吸引される（図３及び図９参照）。この場合、ニードル５０は、ニードル締結機構５２を介して可動コア８０に締結されているため、可動コア８０と一体的に固定コア７８側に向かって変位する。
【００６２】
従って、ニードル５０の一端部は、図１２（ｂ）に示されるように、ノズル４６のノズル孔４６ａの先端から軸方向に所定距離だけ離間して非挿通状態となる。この結果、ノズル４６の中空部４４内に導入された水素は、ノズル孔４６ａの先端の内径面積全体を通じてディフューザ４８に向かって吐出されるため、比較的大流量の水素を燃料電池１２に対して供給することができる。このように、ソレノイド７４を非励磁状態から励磁状態へと切り換えることにより、ノズル孔４６ａの縦断面積が変化して小流量の水素の供給から比較的大流量の水素の供給へと切り換えることができる。なお、前記とは反対に、ソレノイド７４を励磁状態から非励磁状態とすることにより、比較的大流量の水素の供給から比較的小流量の水素の供給へ切り換えることができる。
【００６３】
本実施形態では、他の部材（カバープレート４０又は第１ブロック体３６ａ）に当接して可動コア８０の変位を規制する弾性体からなるストッパ８７を、可動コア８０の一端部に半径外方向に向かって突出して形成された環状フランジ部８０ａの表裏両面に設けている。本実施形態では、このようなストッパ８７を設けることにより、ソレノイド７４の励磁作用によって可動コア８０が固定コア７８側に向かって変位した際、前記ストッパ８７の一面に設けられた半球状の突起部８７ｂが、他の部材として機能するカバープレート４０の第２環状段部４０ｂに当接して緩衝されることにより、当接音及び振動の発生が抑制される。従って、可動コア８０が固定コア７８に当接することが回避され、作動音や振動が図示しない燃料電池自動車の車室内に伝達されることが好適に阻止される。
【００６４】
一方、本実施形態では、ソレノイド７４の励磁作用が解除され、復帰スプリング８８のばね力によって可動コア８０が初期位置に復帰する際、ストッパ８７の他面に設けられた半球状の突起部８７ｂが他の部材として機能する金属製の第１ブロック体３６ａの端面に当接して緩衝されることにより、当接音及び振動の発生が抑制される。従って、前記可動コア８０が第１ブロック体３６ａの端面に当接することが回避され、作動音や振動が図示しない燃料電池自動車の車室内に伝達されることが好適に阻止される。
【００６５】
換言すると、本実施形態では、可動コア８０の変位を規制する弾性体からなるストッパ８７を、前記可動コア８０の作動方向に沿った環状フランジ部８０ａの表裏両面に設けることにより、前記可動コア８０の作動に伴って発生するノイズや振動を緩衝・制振して、車室内に伝播されることを阻止することができる。この結果、車室内の静穏性が確保され、いわゆるＮＶＨ（Noise Vibration and Harshness）特性を向上させることができる。
【００６６】
また、本実施形態では、ソレノイド７４の励磁作用によって可動コア８０が固定コア７８に吸引されて変位した際、相互に対向する可動コア８０の窪み部８９と固定コア７８の凸部９１との間で離間ギャップ９３を設定することにより、仮に、ストッパ８７に形成された半球状の突起部８７ｂが経年変化等によって磨耗した場合であっても、前記可動コア８０と固定コア７８との接触が回避され、可動コア８０と固定コア７８との残留磁気による貼り付きを防止することができる。
【００６７】
さらに、本実施形態では、ストッパ８７に形成された突起部８７ｂを半球形状として前記突起部８７ｂが他の部材（第１ブロック体３６ａ又はカバープレート４０）に対して点接触することにより、ストッパ８７が他の部材に当接した後に前記他の部材から容易に離間することが可能となる、いわゆる粘着性を小さくすることができる。
【００６８】
さらにまた、本実施形態では、単一のノズル４６を設け、電磁アクチュエータ部の駆動作用によってニードル５０を変位させて水素が吐出されるノズル孔４６ａの吐出縦断面積を変化させる構成を採用することにより、装置全体の小型・軽量化を達成することができる。
【００６９】
変形例に係るストッパ１１０を図８（ａ）、（ｂ）に示す。この変形例に係るストッパ１１０では、周方向に沿って延在する弾性体に所定角度離間する複数のスリット１１２を形成している点で図７（ａ）、（ｂ）に示されるストッパ８７と異なる。前記変形例に係るストッパ１１０では、他の部材に対する接触面積が大きくなることから、面圧が低下して耐久性を向上させることができる。
【００７０】
なお、本実施形態では、単一のディフューザ４８を用いてエゼクタ２２を構成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、ノズル４６の軸方向に沿って所定間隔離間して複数個の分割ディフューザを配置した図示しない多段ディフューザによって構成してもよい。この多段ディフューザ構造とすることにより、ノズル４６と最も近接する第１段目の分割ディフューザとの間だけでなく、複数段の隣接する分割ディフューザ同士の離間部位からも吸い込み作用が発生するため、吸入室６８からの水素オフガスの吸い込み流量を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施形態に係るエゼクタが組み込まれた燃料電池システムのブロック構成図である。
【図２】図１に示されるエゼクタの軸方向に沿った縦断面図である。
【図３】図２のエゼクタにおいてノズル孔の縦断面積が変化した状態を示す縦断面図である。
【図４】（ａ）は、エゼクタを構成するノズル部の一部切り欠き分解斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿った縦断面図である。
【図５】ソレノイドの非励磁状態において、ストッパが第１ブロック体の端面に当接した状態を示す部分縦断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、軸受部材とニードルとノズル孔との関係式に係るパラメータを示す模式図である。
【図７】（ａ）は、環状フランジ部側からみたストッパを有する可動コアの正面図、（ｂ）は、（ａ）のＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿った縦断面図である。
【図８】（ａ）は、変形例に係るストッパを有する可動コアの正面図、（ｂ）は、（ａ）のＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線に沿った縦断面図である。
【図９】図５の状態から可動コアが変位して、ストッパがカバープレートの端面に当接した状態を示す部分拡大縦断面図である。
【図１０】前記エゼクタを構成するニードル締結機構におけるクリアランスを示す部分拡大縦断面図である。
【図１１】（ａ）は、前記クリアランスによってラジアル方向の変位が可能な状態を示す部分拡大縦断面図、（ｂ）は、前記クリアランスによって所定角度だけ傾動が可能な状態を示す部分拡大縦断面図である。
【図１２】（ａ）は、ニードルがノズル孔に挿通して吐出断面積が小さい状態を示す部分拡大縦断面図、（ｂ）は、ニードルがノズル孔から離間して吐出断面積が大きい状態を示す部分拡大縦断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０    燃料電池システム
１２    燃料電池
１４    水素タンク（燃料ガス供給手段）
２０    水素供給通路（燃料ガス供給通路）
２２    エゼクタ（燃料電池用エゼクタ）
２４    循環通路
３２ａ  インレットポート
３２ｂ  アウトレットポート
３２ｃ  吸引ポート
３６ａ  第１ブロック体（他の部材）
４０    カバープレート（他の部材）
４０ａ、４０ｂ  環状段部
４４    中空部
４６    ノズル
４６ａ  ノズル孔
４８    ディフューザ
５０    ニードル
８７、１１０  ストッパ
８７ａ  環状体
８７ｂ  突起部
８９    窪み部
９１    凸部
９３    離間ギャップ
【図１】
0005368736.tif 000002
【図２】
0005368736.tif 000003
【図３】
0005368736.tif 000004
【図４】
0005368736.tif 000005
【図５】
0005368736.tif 000006
【図６】
0005368736.tif 000007
【図７】
0005368736.tif 000008
【図８】
0005368736.tif 000009
【図９】
0005368736.tif 000010
【図１０】
0005368736.tif 000011
【図１１】
0005368736.tif 000012
【図１２】
0005368736.tif 000013