JP4634085B2 - Multi-channel pump, fuel cell and control method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、ダイレクトメタノール型燃料電池などに用いられる多チャンネルポンプ、燃料電池及びそれらの制御方法に関するものである。 The present invention relates to a multichannel pump, a fuel cell, and a control method thereof used for a direct methanol fuel cell.
尚、本明細書において、「多チャンネルポンプ」とは、流体を吐出する複数の流出路を備えたポンプをいうものとする。 In the present specification, the “multi-channel pump” refers to a pump having a plurality of outflow passages for discharging fluid.
近年の情報化社会を支える携帯電子機器の電源として、あるいは大気汚染や地球温暖化に対処するための電源として、燃料電池に対する期待が高まっている。この燃料電池の中でも、メタノールから直接、プロトンを取り出すことにより発電を行うダイレクトメタノール型燃料電池(以下、DMFC:Direct Methanol Fuel Cell)は、改質器が不要であり体積エネルギー密度が高いという特質を有するため、携帯電子機器への応用の期待が高まりつつある。 As a power source for portable electronic devices that support the information society in recent years, or as a power source for coping with air pollution and global warming, expectations for fuel cells are increasing. Among these fuel cells, direct methanol fuel cells (hereinafter referred to as DMFC) that generate electricity by directly extracting protons from methanol do not require a reformer and have a high volumetric energy density. Therefore, the expectation of application to portable electronic devices is increasing.
かかるDMFCとしては、起電部(セル)を有する起電装置と、メタノールもしくはメタノール水溶液(以下、本明細書では、メタノールとする。)の収容容器と、この収容容器からメタノールを圧送する送液ポンプを備えたものが種々提案されている(例えば、特許文献1、2及び3参照)。
Such a DMFC includes an electromotive device having an electromotive unit (cell), a container for methanol or a methanol aqueous solution (hereinafter referred to as methanol in this specification), and a liquid feed pumping methanol from the container. Various pumps have been proposed (see, for example,
セルは、アノード集電体とアノード触媒層とを有するアノード極(燃料極)と、カソード集電体とカソード触媒層とを有するカソード極(空気極)と、アノード極とカソード極の間に配置される電解質膜とを備えている。アノード極へは、送液ポンプによってメタノールが供給され、カソード極へは、送気ポンプによって空気が供給される。
上述したDMFCの起電部であるセルのアノード極では、メタノール酸化の活性が低く電圧ロスを伴ってしまう。また、カソード極でも電圧ロスがある。そのため、1つのセルから取り出せる出力は極めて低くなっている。従って、所定の出力を得るために、DMFCでは、複数のセルが用いられている。 In the anode electrode of the cell which is the electromotive part of the DMFC described above, the activity of methanol oxidation is low and voltage loss occurs. There is also a voltage loss at the cathode electrode. Therefore, the output that can be extracted from one cell is extremely low. Accordingly, in order to obtain a predetermined output, a plurality of cells are used in the DMFC.
また、アノード極に過剰なメタノールが供給されると、そのメタノールの一部が未反応の状態で、電解質膜を透過してカソード極に漏れてしまういわゆるクロスオーバーが発生する。このクロスオーバーは、カソード極の電位を低下させてしまうため、上述したカソード極での電圧ロスの一因ともなっている。また、カソード極に達した未反応のメタノールは、発電には関与せず酸素と反応して熱を発生させるため、クロスオーバーによって、セルにおける発電効率が著しく低下することになる。従って、アノード極へは、過剰なメタノールを供給しないようにすることが好ましい。 Further, when excessive methanol is supplied to the anode electrode, so-called crossover occurs in which a part of the methanol is unreacted and leaks to the cathode electrode through the electrolyte membrane. This crossover lowers the potential of the cathode electrode, and thus contributes to the above-described voltage loss at the cathode electrode. In addition, unreacted methanol that has reached the cathode electrode reacts with oxygen without generating power and generates heat, so that power generation efficiency in the cell is significantly reduced due to crossover. Therefore, it is preferable not to supply excess methanol to the anode electrode.
以上から、セルのアノード極へメタノールを供給する送液ポンプとしては、複数のセルへ吐出が可能で、かつ、適切量のメタノールを精度よく吐出できるといった特性を備えた送液ポンプが望まれる。しかしながら、このような特性を備えた送液ポンプに関しては、具体的な提案がなされていない。 From the above, as a liquid feed pump for supplying methanol to the anode electrode of a cell, a liquid feed pump having characteristics that it can be discharged to a plurality of cells and an appropriate amount of methanol can be discharged with high accuracy is desired. However, no specific proposal has been made regarding a liquid feed pump having such characteristics.
そこで、本発明の課題は、流体を吐出する複数の流出路を備えつつ、適切量の流体を精度よく吐出することができる多チャンネルポンプ、燃料電池及びそれらの制御方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a multi-channel pump, a fuel cell, and a control method therefor that can accurately discharge an appropriate amount of fluid while having a plurality of outflow passages for discharging fluid.
また、本発明の課題は、携帯電子機器用等に使用される小型のDMFC等に搭載が可能な多チャンネルポンプ、燃料電池及びそれらの制御方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a multi-channel pump, a fuel cell, and a control method thereof that can be mounted on a small DMFC or the like used for portable electronic devices.
上記の課題を解決するため、本発明に係る多チャンネルポンプは、ポンプ室と、該ポンプ室に接続された流入路と、流出側アクティブバルブを介して前記ポンプ室に接続された2以上の流出路と、前記ポンプ室を容積変化させる1つの可動体とを備え、前記可動体は、往復運動によって前記ポンプ室を容積変化させ、前記流入路の一端側は、流入側アクティブバルブを介して前記ポンプ室に接続されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a multi-channel pump according to the present invention includes a pump chamber, an inflow path connected to the pump chamber, and two or more outflows connected to the pump chamber via an outflow side active valve. And a movable body that changes the volume of the pump chamber. The movable body changes the volume of the pump chamber by a reciprocating motion, and one end side of the inflow path is connected to the end via the inflow side active valve. It is connected to a pump chamber.
また、上記の課題を解決するため、本発明では、アノード集電体とアノード触媒層とを有するアノード極と、カソード集電体とカソード触媒層とを有するカソード極と、該アノード極と該カソード極の間に配置される電解質膜とを備えたセルを有し、前記アノード極へ液体を供給する送液ポンプと、前記カソード極へ空気を供給する送気ポンプとを備えた燃料電池であって、前記送液ポンプは、ポンプ室と、該ポンプ室に接続された流入路と、流出側アクティブバルブを介して前記ポンプ室に接続された2以上の流出路と、前記ポンプ室を容積変化させる可動体とを備え、前記可動体は、往復運動によって前記ポンプ室を容積変化させ、前記流入路の一端側は、流入側アクティブバルブを介して前記ポンプ室に接続されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, in the present invention, an anode having an anode current collector and an anode catalyst layer, a cathode having a cathode current collector and a cathode catalyst layer, the anode and the cathode A fuel cell having a cell including an electrolyte membrane disposed between electrodes, and having a liquid feed pump for supplying liquid to the anode electrode and an air supply pump for supplying air to the cathode electrode. The liquid feed pump has a pump chamber, an inflow passage connected to the pump chamber, two or more outflow passages connected to the pump chamber via an outflow side active valve, and a volume change in the pump chamber. And a movable body that changes the volume of the pump chamber by a reciprocating motion, and one end side of the inflow path is connected to the pump chamber via an inflow side active valve. You .
本発明において、多チャンネルポンプは、流出側アクティブバルブを介してポンプ室に接続された2以上の流出路を備えている。従って、流出側アクティブバルブを閉じている間は、流体の逆流を確実に防止することができる。また、流出路から吐出する流体の吐出先を流出側アクティブバルブにて制御することができる。さらに、多チャンネルポンプは、ポンプ室を容積変化させるために往復移動する1つの可動体を備えている。1つの可動体によって各流出路から流体を吐出するため、吐出性能が均一になり、各流出路からの吐出量のばらつきを抑え、適切量の流体を精度よく吐出することができる。また、本発明では、複数の流出路が接続されたポンプ室に流入路が接続されている。そのため、複数の流出路に対して流入路を共通化することができ、ポンプの構成を簡素化することができる。また、可動体が1つである場合、ポンプの構成の簡素化が可能となる。従って、ポンプの小型化を図ることができ、例えば、携帯電子機器に使用されるDMFCといった小型の装置に搭載することが可能となる。本発明に係る燃料電池において、前記液体としては、メタノールもしくはメタノール水溶液を用いることができる。 In the present invention, the multi-channel pump includes two or more outflow passages connected to the pump chamber via an outflow side active valve. Therefore, while the outflow side active valve is closed, the backflow of fluid can be reliably prevented. Moreover, the discharge destination of the fluid discharged from the outflow path can be controlled by the outflow side active valve. Further, the multi-channel pump includes one movable body that reciprocates to change the volume of the pump chamber . Since the fluid is discharged from each outflow passage by one movable body, the discharge performance becomes uniform, variation in the discharge amount from each outflow passage can be suppressed, and an appropriate amount of fluid can be discharged accurately. Moreover, in this invention, the inflow path is connected to the pump chamber to which the several outflow path was connected. Therefore, the inflow path can be made common to the plurality of outflow paths, and the configuration of the pump can be simplified. Moreover, when there is one movable body, the configuration of the pump can be simplified. Therefore, the pump can be reduced in size, and can be mounted on a small device such as DMFC used for portable electronic devices. In the fuel cell according to the present invention, methanol or an aqueous methanol solution can be used as the liquid.
また、本発明に係る多チャンネルポンプおよび燃料電池によれば、流入路の一端側は、流入側アクティブバルブを介してポンプ室に接続されているので、パッシブバルブを介して接続されている場合と比較して、ポンプ室から流入路への逆流を確実に防止することができる。Further, according to the multi-channel pump and the fuel cell according to the present invention, the one end side of the inflow path is connected to the pump chamber via the inflow side active valve, and therefore, when connected via the passive valve. In comparison, back flow from the pump chamber to the inflow path can be reliably prevented.
本発明に係る多チャンネルポンプおよび燃料電池において、前記流入路を2以上備えることが好ましい。このように構成すると、例えば、流入路ごとに流体収容容器が接続されているような場合には、流体収容容器の交換が容易になる。 In the multichannel pump and the fuel cell according to the present invention, it is preferable that two or more inflow paths are provided. If comprised in this way, when a fluid storage container is connected for every inflow path, for example, replacement | exchange of a fluid storage container will become easy.
本発明に係る多チャンネルポンプおよび燃料電池において、前記ポンプ室は、前記2以上の流入路と前記2以上の流出路とが形成されるベース板の略中央に形成され、前記2以上の流入路と前記2以上の流出路は前記ポンプ室から放射状に形成される構成を採用することができる。 In the multi-channel pump and the fuel cell according to the present invention, the pump chamber is formed at a substantially center of a base plate in which the two or more inflow passages and the two or more outflow passages are formed, and the two or more inflow passages. The two or more outflow passages may be formed radially from the pump chamber.
かかる構成の多チャンネルポンプおよび燃料電池における制御方法では、前記流入側アクティブバルブを開いて、前記可動体の吸入動作で前記ポンプ室に流体を吸入した後、前記流入側アクティブバルブを閉じる吸入ステップと、該吸入ステップの後に、所定の流出側アクティブバルブを順次開いて、前記可動体の吐出動作で所定量の流体を吐出する吐出ステップを複数備えることを特徴とする。かかる制御方法では、吐出ステップで、流出路から複数回にわたって吐出するために必要な流体を、吸入ステップで吸入している。そのため、各流出路から吐出する流体の吐出量が著しく微量であっても、吸入量をある程度確保することができる。従って、多チャンネルポンプの容量を大きくすることができ、自給性能を備えることが容易になる。 In the control method in the multi-channel pump and the fuel cell having such a configuration, an intake step of opening the inflow side active valve, sucking fluid into the pump chamber by the suction operation of the movable body, and then closing the inflow side active valve; A plurality of discharge steps for sequentially opening predetermined outflow side active valves after the suction step and discharging a predetermined amount of fluid by the discharge operation of the movable body are provided. In such a control method, a fluid necessary for discharging a plurality of times from the outflow passage is sucked in the suction step in the discharge step. Therefore, even if the discharge amount of the fluid discharged from each outflow passage is extremely small, the suction amount can be secured to some extent. Therefore, the capacity of the multi-channel pump can be increased and it becomes easy to provide self-sufficiency performance.
この場合、前記複数の吐出ステップのうち、最初に行なう吐出ステップは、1の流出側アクティブバルブを開いて、前記可動体の吐出動作で前記ポンプ室から流体を吐出してポンプのバックラッシュを解消する初期吐出ステップであることが好ましい。かかる制御方法では、吸入ステップと吐出ステップとの間に、ポンプのバックラッシュを解消する初期吐出ステップが設けられている。そのため、吐出ステップでは、当初から可動体の移動量と流出路からの吐出量との関係をリニアに保つことができる。そのため、可動体の移動量を適切に制御してやれば、吐出ステップで最初に流体が吐出される流出路からの吐出量も精度よく制御することができ、各流出路からの吐出量のばらつきを低減させることができる。ここで、「ポンプのバックラッシュ」とは、可動体が吸入動作から吐出動作へ移行する際の、可動体の移動量と流出路からの吐出量とがリニアな関係にはならない現象をいい、可動体を駆動する機構部のバックラッシュ等によって生じる現象である。 In this case, the first discharge step among the plurality of discharge steps is to open one outflow side active valve and discharge the fluid from the pump chamber by the discharge operation of the movable body to eliminate the backlash of the pump. The initial discharge step is preferably performed. In such a control method, an initial discharge step for eliminating pump backlash is provided between the suction step and the discharge step. Therefore, in the discharge step, the relationship between the moving amount of the movable body and the discharge amount from the outflow path can be kept linear from the beginning. Therefore, if the amount of movement of the movable body is appropriately controlled, the discharge amount from the outflow passage where the fluid is first discharged in the discharge step can be accurately controlled, and variation in the discharge amount from each outflow passage is reduced. Can be made. Here, `` pump backlash '' refers to a phenomenon in which the moving amount of the movable body and the discharge amount from the outflow path do not have a linear relationship when the movable body shifts from the suction operation to the discharge operation. This is a phenomenon caused by backlash or the like of the mechanism that drives the movable body.
本発明に係る多チャンネルポンプおよび燃料電池において、前記流入路の他端側には、前記ポンプ室への流入方向に向かって開くパッシブバルブを有する第1流路と、前記ポンプ室からの流出方向に向かって開くパッシブバルブを有する第2流路とが接続されるように構成することが可能である。 In the multi-channel pump and the fuel cell according to the present invention, a first flow path having a passive valve that opens toward the inflow direction into the pump chamber on the other end side of the inflow passage, and an outflow direction from the pump chamber It is possible to configure so as to be connected to a second flow path having a passive valve that opens toward the front.
かかる構成の多チャンネルポンプおよび燃料電池の制御方法では、前記流入側アクティブバルブを開いて、前記可動体の吸入動作で、前記第1流路から前記ポンプ室に流体を吸入する吸入ステップと、該吸入ステップの後に、所定の流出側アクティブバルブを順次開いて、前記可動体の吐出動作で所定量の流体を吐出する複数の吐出ステップとを備えることを特徴とする。かかる制御方法では、吐出ステップで、流出路から複数回にわたって吐出するために必要な流体を、吸入ステップで吸入している。そのため、各流出路から吐出する流体の吐出量が著しく微量であっても、吸入量をある程度確保することができる。従って、多チャンネルポンプの容量を大きくすることができ、自給性能を備えることが容易になる。 In the control method of the multi-channel pump and the fuel cell configured as described above, the suction step of opening the inflow side active valve and sucking fluid from the first flow path into the pump chamber by the suction operation of the movable body, And a plurality of discharge steps for sequentially opening predetermined outflow side active valves after the suction step and discharging a predetermined amount of fluid by a discharge operation of the movable body. In such a control method, a fluid necessary for discharging a plurality of times from the outflow passage is sucked in the suction step in the discharge step. Therefore, even if the discharge amount of the fluid discharged from each outflow passage is extremely small, the suction amount can be secured to some extent. Therefore, the capacity of the multi-channel pump can be increased and it becomes easy to provide self-sufficiency performance.
この場合、前記複数の吐出ステップのうち、最初に行なう吐出ステップは、前記可動体の吐出動作で前記ポンプ室から流体を吐出してポンプのバックラッシュを解消した後に、前記流入側アクティブバルブを閉じる初期吐出ステップであることが好ましい。かかる制御方法では、吸入ステップと吐出ステップとの間に、ポンプのバックラッシュを解消する初期吐出ステップが設けられている。そのため、吐出ステップでは、当初から可動体の移動量と流出路からの吐出量との関係をリニアに保つことができる。そのため、可動体の移動量を適切に制御してやれば、吐出ステップで最初に流体が吐出される流出路からの吐出量も精度よく制御することができ、各流出路からの吐出量のばらつきを低減させることができる。 In this case, the first discharge step among the plurality of discharge steps is to discharge the fluid from the pump chamber by the discharge operation of the movable body to eliminate the pump backlash and then close the inflow side active valve. The initial discharge step is preferable. In such a control method, an initial discharge step for eliminating pump backlash is provided between the suction step and the discharge step. Therefore, in the discharge step, the relationship between the moving amount of the movable body and the discharge amount from the outflow path can be kept linear from the beginning. Therefore, if the amount of movement of the movable body is appropriately controlled, the discharge amount from the outflow passage where the fluid is first discharged in the discharge step can be accurately controlled, and variation in the discharge amount from each outflow passage is reduced. Can be made.
本発明に係る多チャンネルポンプにおいて、前記第1流路と前記第2流路は収容容器に接続され、前記第1流路は前記収容容器の下方に接続され、前記第2流路は前記収容容器の上方に接続される構成を採用することができる。本発明に係る多チャンネルポンプおよび燃料電池において、前記第1流路と前記第2流路はメタノールもしくはメタノール水溶液を収容する収容容器に接続され、前記第1流路は前記収容容器の下方に接続され、前記第2流路は前記収容容器の上方に接続される構成を採用することができる。 In the multi-channel pump according to the present invention, the first flow path and the second flow path are connected to a storage container, the first flow path is connected to a lower side of the storage container, and the second flow path is the storage container A configuration connected to the upper side of the container can be adopted. In the multichannel pump and the fuel cell according to the present invention, the first flow path and the second flow path are connected to a storage container that stores methanol or a methanol aqueous solution, and the first flow path is connected to a lower portion of the storage container. In addition, the second flow path may be configured to be connected above the storage container.
本発明に係る多チャンネルポンプにおいて、前記2以上の流入路の少なくとも一つが接続される収容容器と、他の1つの流入路が接続される収容容器が異なる構成を採用することができる。本発明に係る燃料電池において、前記2以上の流入路の少なくとも一つが接続されるメタノールもしくはメタノール水溶液を収容する収容容器と、他の1つの流入路が接続される収容容器が異なる構成を採用することができる。 In the multi-channel pump according to the present invention, it is possible to adopt a configuration in which a storage container to which at least one of the two or more inflow paths is connected and a storage container to which the other one inflow path is connected are different. The fuel cell according to the present invention employs a configuration in which a storage container that stores methanol or a methanol aqueous solution to which at least one of the two or more inflow paths is connected is different from a storage container to which the other one inflow path is connected. be able to.
本発明に係る多チャンネルポンプおよび燃料電池において、前記流出路の開口端である流出口と、前記第1流路の開口端である吸入口と、前記第2流路の開口端である吐出口とが同方向に形成されている構成を採用することができる。 In the multi-channel pump and the fuel cell according to the present invention, an outlet that is an opening end of the outflow passage, an inlet that is an opening end of the first flow path, and an outlet that is an opening end of the second flow path It is possible to adopt a configuration in which and are formed in the same direction.
また、本発明にかかる多チャンネルポンプでは、複数の流出路が接続されたポンプ室に流入路が接続されているため、複数の流出路に対して流入路を共通化することができ、ポンプの構成を簡素化することができる。また、可動体も1つであるからポンプの構成の簡素化が可能となる。その結果、ポンプの小型化を図ることができる。 Further, in the multi-channel pump according to the present invention, since the inflow path is connected to the pump chamber to which a plurality of outflow paths are connected, the inflow path can be shared with respect to the plurality of outflow paths. The configuration can be simplified. Further, since there is only one movable body, the configuration of the pump can be simplified. As a result, the pump can be downsized.
本発明に係る多チャンネルポンプおよび燃料電池において、前記可動体は、前記ポンプ室に接続されたシリンダ内を往復移動するピストンであることが好ましい。可動体がピストンである場合、ピストンの移動量は比較的制御しやすいことから、微小流量を正確に吐出することが可能となる。In the multichannel pump and the fuel cell according to the present invention, the movable body is preferably a piston that reciprocates in a cylinder connected to the pump chamber. When the movable body is a piston, the movement amount of the piston is relatively easy to control, so that a minute flow rate can be discharged accurately.
本発明に係る多チャンネルポンプおよび燃料電池において、前記ピストンが固定されるとともに外周部にオネジが形成されたピストンロッドと、前記ピストンを往復移動させるため前記オネジと螺合するメネジが形成された回転体と、該回転体を回転駆動するピストン駆動モータとを備えることが好ましい。この場合には、ネジのピッチとピストン駆動モータの回転量でピストンの移動量を制御できるため、簡易な構成で、微小流量を精度よく吐出することができる。本発明に係る多チャンネルポンプおよび燃料電池においては、前記ピストンロッドに形成された凸部と、前記駆動モータと一体に構成されたブラケットに設けられた凹部が係合して前記ピストンの回り止めを構成する構造を採用することができる。本発明に係る多チャンネルポンプおよび燃料電池において、前記ピストン駆動モータはステッピングモータであることが好ましい。この場合には、ピストンの移動量をより精度よく制御することができる。In the multi-channel pump and the fuel cell according to the present invention, the piston rod is fixed and the outer periphery is formed with a piston rod, and the female screw that is screwed with the male screw to reciprocate the piston is formed. It is preferable to include a body and a piston drive motor that rotationally drives the rotating body. In this case, since the amount of movement of the piston can be controlled by the pitch of the screw and the amount of rotation of the piston drive motor, a minute flow rate can be accurately discharged with a simple configuration. In the multichannel pump and the fuel cell according to the present invention, the convex portion formed on the piston rod and the concave portion provided on the bracket integrally formed with the drive motor are engaged to prevent the piston from rotating. The structure to comprise can be employ | adopted. In the multi-channel pump and the fuel cell according to the present invention, the piston drive motor is preferably a stepping motor. In this case, the movement amount of the piston can be controlled with higher accuracy.
以上のように、本発明にかかる多チャンネルポンプおよび燃料電池では、2以上の流出路が、流出側アクティブバルブを介してポンプ室に接続されているため、流出側アクティブバルブが閉じている間は、流体の逆流を確実に防止することができ、流出路から吐出する流体の吐出先を流出側アクティブバルブにて制御することができる。さらに、本発明の多チャンネルポンプでは、1つの可動体によってポンプ室を容積変化させるため、吐出性能が同一になり、各流出路からの吐出量のばらつきを抑えることができる。従って、各流出路から適切量の流体を精度よく吐出することができる。また、本発明にかかる多チャンネルポンプおよび燃料電池では、複数の流出路が接続されたポンプ室に流入路が接続されているため、複数の流出路に対して流入路を共通化することができ、ポンプの構成を簡素化することができる。また、可動体も1つであるからポンプの構成の簡素化が可能となる。その結果、ポンプの小型化を図ることができる。さらに、本発明の制御方法では、吸入ステップと吐出ステップとの間に、ポンプのバックラッシュを解消する初期吐出ステップが設けられているため、吐出ステップでは、当初から可動体の移動量と流出路からの吐出量との関係をリニアに保つことができる。従って、吐出ステップで最初に流体が吐出される流出路からの吐出量も精度よく制御することができ、各流出路からの吐出量のばらつきを低減させることができる。その結果、各流出路から適切量の流体を精度よく吐出することができる。 As described above, in the multi-channel pump and the fuel cell according to the present invention, since two or more outflow paths are connected to the pump chamber via the outflow side active valve, the outflow side active valve is closed. Thus, the backflow of the fluid can be reliably prevented, and the discharge destination of the fluid discharged from the outflow path can be controlled by the outflow side active valve. Furthermore, in the multi-channel pump of the present invention, the volume of the pump chamber is changed by one movable body, so that the discharge performance is the same, and variation in the discharge amount from each outflow passage can be suppressed. Therefore, an appropriate amount of fluid can be accurately discharged from each outflow passage. Further, in the multi-channel pump and the fuel cell according to the present invention, since the inflow path is connected to the pump chamber to which the plurality of outflow paths are connected, the inflow path can be shared with the plurality of outflow paths. The configuration of the pump can be simplified. Further, since there is only one movable body, the configuration of the pump can be simplified. As a result, the pump can be downsized. Furthermore, in the control method of the present invention, an initial discharge step for eliminating backlash of the pump is provided between the suction step and the discharge step. Therefore, in the discharge step, the moving amount of the movable body and the outflow path are initially set. The relationship with the discharge amount from can be kept linear. Therefore, the discharge amount from the outflow path from which the fluid is first discharged in the discharge step can be accurately controlled, and variations in the discharge amount from each outflow path can be reduced. As a result, an appropriate amount of fluid can be accurately discharged from each outflow passage.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
[多チャンネルポンプの基本構成]
図1は、本発明の実施の形態にかかる多チャンネルポンプの基本構成を示す概念図である。
[Basic configuration of multi-channel pump]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a basic configuration of a multi-channel pump according to an embodiment of the present invention.
本形態の多チャンネルポンプ1(ポンプ1)は、例えば、携帯電子機器に使用されるDMFCにおいて、メタノールを圧送する送液ポンプとして使用されるものであり、ポンプ室2と、ポンプ室2に接続された流入路3と、流出側アクティブバルブ6を介してポンプ室2に接続された2以上の流出路4と、ポンプ室2を容積変化させるため往復移動する1つの可動体13とを備えている。より具体的には、1つのポンプ室2に2つの流入路3a、3bが接続され、また、ポンプ室2には、8つの流出側アクティブバルブ6a〜6hを介して8つの流出路4a〜4hが接続されている。
The multi-channel pump 1 (pump 1) of this embodiment is used as a liquid feed pump for feeding methanol under pressure in, for example, a DMFC used for portable electronic equipment, and is connected to the
流入路3a、3bの一端側(図示上端側)は、流入側アクティブバルブ5a、5bを介してポンプ室2に接続されている。また、流入路3a、3bの他端側にはそれぞれ、ポンプ室への流入方向に向かって開くパッシブバルブ10a、10b(パッシブバルブ10)をそれぞれ有する第1流路8a、8b(第1流路8)と、ポンプ室2からの流出方向に向かって開くパッシブバルブ11a、11b(パッシブバルブ11)をそれぞれ有する第2流路9a、9b(第2流路9)とが接続されている。
One end side (the upper end side in the figure) of the
第1流路8及び第2流路9は、メタノール収容容器(図示省略、以下収容容器とする。)に接続可能となっている。具体的には、第1流路8が収容容器の下方に、第2流路9が収容容器の上方に接続可能となっている。パッシブバルブ10は、例えばゴム製のバルブであり、ポンプ室2に向かうメタノールの吸入方向に圧力が生じると開くが、収容容器に向かうメタノールの吐出方向に圧力が生じても開かないようになっている。一方、パッシブバルブ11も例えば、ゴム製のバルブであるが、収容容器に向かうメタノールの吐出方向に圧力が生じると開くが、ポンプ室2に向かうメタノールの吸入方向に圧力が生じても開かないようになっている。従って、第1流路8及び流入路3を介して、メタノールが収容容器からポンプ室2に吸入され、また、流入路3及び第2流路9を介して、メタノールがポンプ室2から収容容器へ吐出されるようになっている。尚、本形態では、第1流路8a及び第2流路9aと、第1流路8b及び第2流路9bとはそれぞれ、別の収容容器に接続されている。
The first flow path 8 and the second flow path 9 can be connected to a methanol storage container (not shown, hereinafter referred to as a storage container). Specifically, the first flow path 8 can be connected to the lower side of the storage container, and the second flow path 9 can be connected to the upper side of the storage container. The passive valve 10 is a rubber valve, for example, and opens when pressure is generated in the direction of methanol suction toward the
流入側アクティブバルブ5a、5bは、駆動アクチュエータ(図1では図示省略)によって、個別に開閉可能になっている。
The inflow side
8つの流出路4a〜4hはそれぞれ、DMFCの起電部である8つのセル(図示省略)に接続可能となっており、流出路4a〜4hから吐出されたメタノールはセルのアノード極へ供給可能となっている。
Each of the eight
流出側アクティブバルブ6a〜6hは、流入側アクティブバルブ5a、5bと同様に、駆動アクチュエータ(図1では図示省略)によって、個別に開閉可能になっている。
Similarly to the inflow side
本形態における可動体13は、ポンプ室2に接続されたシリンダ14内を往復移動するピストンである(以下、ピストン13とする)。ピストン13は、ピストンロッド15の図示上端側に固定されている。また、ピストンロッド15は、駆動アクチュエータ(図1では図示省略)に連結されており、この駆動アクチュエータによってシリンダ14内を往復移動するようになっている。
The
以上のように構成されたポンプ1では、流出側アクティブバルブ6a〜6hが閉状態でかつ、流入側アクティブバルブ5a、5bの少なくとも1つが開状態であるときに、ピストン13が図示下方に移動して、メタノールがポンプ室2に吸入される。また、流入側アクティブバルブ5a、5bが閉状態でかつ、流出側アクティブバルブ6a〜6hの少なくとも1つが開状態のときに、ピストン13が図示上方へ移動して、メタノールがポンプ室2からセルに向かって吐出される。さらに、流出側アクティブバルブ6a〜6hが閉状態でかつ、流入側アクティブバルブ5a、5bの少なくとも1つが開状態であるときに、ピストン13が図示上方に移動すると、メタノールが収容容器に吐出される。ポンプ1の具体的な制御方法については、後に詳述する。
In the
[多チャンネルポンプの具体的構成]
上述した基本構成を備える多チャンネルポンプ1の具体的構成を以下に説明する。図2は、図1に示す多チャンネルポンプの具体的構成をメタノールの吐出側から示す斜示図である。図3は、図2に示す多チャンネルポンプをX方向から示す斜示図である。図4は、図2に示す多チャンネルポンプのY断面を示す斜示図である。図5は図2に示す多チャンネルポンプのアクティブバルブの開閉機構を抜き出して示す分解斜示図である。図6は、図2に示す多チャンネルポンプの流入路及び流出路の構成を示す平面図である。
[Specific configuration of multi-channel pump]
A specific configuration of the
(多チャンネルポンプの概略構成)
図2〜図4において、ポンプ1では、ベース部24とブラケット31とが4本の支柱32を介してネジによって連結されて本体フレームを構成しており、ベース部24を構成するベース板25及びブラケット31に、ピストン13の駆動機構や、流入側アクティブバルブ5a、5b及び流出側アクティブバルブ6a〜6hの開閉機構が固定保持されている。尚、ポンプ1におけるメタノールの流れの一例を図4の矢印で示している。
(Schematic configuration of multi-channel pump)
2 to 4, in the
ブラケット31は、図2における図示下方に延設された半円筒状の延設部31aを備えている。この延設部31aの内周側には、後述するスライド板18の凸部18aとともに、ピストン13の回止めを構成する凹溝31b、31bが略180°のピッチで2箇所に形成されている。
The
ベース部24は、ポンプ室2と流入路3と流出路4と第1流路8と第2流路9とが形成されたベース板25と、流入側アクティブバルブ5と流出側アクティブバルブ6とを一体に備えるアクティブバルブ板29と、アクティブバルブ板29を押えるバルブ押え板26と、流出路4の開口端になる流出口40(40a〜40h)と第1流路8の開口端になる吸入口80(80a、80b)と第2流路9の開口端になる吐出口90(90a、90b)とが形成されたポート27と、ポート27を押えるポート押え板28とを備えており、バルブ押え板26、アクティブバルブ板29、ベース板25、ポート27、ポート押え板28がこの順番で積層されて構成されている。
The
(ピストン駆動機構の構成)
ピストン13は、ピストン駆動モータ51によって円筒状のシリンダ14の内部を往復移動するように構成されている。シリンダ14は、ポンプ室2に接続されるようにベース板25に一体で形成されている(図4参照)。以下、ピストン13の駆動機構の構成を説明する。
(Configuration of piston drive mechanism)
The
ピストン駆動モータ51は具体的にはステッピングモータであり、ブラケット31にネジで固定されている。本形態では、ピストン駆動モータ51は両方向に回転するようになっている。ピストン駆動モータ51の出力軸の先端には小ギア53が固定されている。小ギア53に噛み合うように、アイドルギア19が、ブラケット31に固定された固定軸20によって回転可能に保持されている。アイドルギア19に噛み合うように、ギア17がシリンダ14の外周部に固定された軸受61によって回転可能に保持されている。
The
ギア17は略有底円筒状に形成されており、その底部の中心には、メネジ16aが形成された回転体としてのナット16が固定されている。一方、ピストン13が一端側に固定されたピストンロッド15の外周部には、オネジ15aが形成されており、このオネジ15aとメネジ16aとが螺合している。また、ピストンロッド15の他端側には、ブラケット31の延設部31aに形成された凹溝31bと係合する凸部18a、18aが略180°のピッチで2箇所に形成されたスライド板18が固定されている(図3参照)。これらの凸部18aと凹溝31bとによってピストン13の回止めが構成されている。
The
また、ピストン13の外周側には、ポンプ室2の吸入されたメタノールの漏れを防止するためのシール部材(オイルシール)63、63が固定されている。
Further, seal members (oil seals) 63 and 63 for preventing leakage of methanol sucked into the
このように構成されたピストン13の駆動機構では、ピストン駆動モータ51が回転するとその駆動力が小ギア53及びアイドルギア19を介してギア17に伝達される。ギア17にピストン駆動モータ51の駆動力が伝達されると、ナット16がギア17と一緒に回転する。ここで、ナット16のメネジ16aと螺合するオネジ15aが形成されたピストンロッド15の他端側には、ピストン13の回止めが構成されているため、ナット16の回転運動がピストン13の直進運動に変換される。そしてピストン駆動モータ51が両方に回転することで、ピストン13は、シリンダ14の内部を往復移動する。
In the drive mechanism of the
(アクティブバルブの開閉機構の構成)
流入側アクティブバルブ5及び流出側アクティブバルブ6は、バルブ開閉駆動モータ52によって、個別に開閉可能になっている。流入側アクティブバルブ5及び流出側アクティブバルブ6の開閉機構は、バルブ開閉駆動モータ52の他、カム36及び板バネ37を主要な構成要素としている(図5参照)。以下、流入側アクティブバルブ5及び流出側アクティブバルブ6の開閉機構の構成を説明する。
(Configuration of active valve open / close mechanism)
The inflow side active valve 5 and the outflow side
バルブ開閉駆動モータ52は、具体的にはステッピングモータであり、ブラケット31にネジで固定されている。本形態では、バルブ開閉駆動モータ52は、一方向(図5における半時計方向)に回転するようになっている。バルブ開閉駆動モータ52の出力軸の先端には小ギア54が固定されている。カム36は、小ギア54と噛み合うギア36aを備えており、シリンダ14の外周部に固定された軸受62によって回転可能に保持されている。本形態では、カム36は、バルブ開閉駆動モータ52によって、図5において時計方向に回転するようになっている。尚、軸受61と軸受62とは、ピストン13の移動方向で重なるようにシリンダ14の外周部に固定されており、カム36とギア17とはピストン13の移動方向で重なるように配設されている(図4参照)。
The valve opening /
カム36は鍔部を備えた円筒状に形成されており、ギア36aはこの鍔部の外周面に形成されている。また、カム36の外周面には、流入側アクティブバルブ5及び流出側アクティブバルブ6の開閉を行うためのピン38が径方向に突出するように固定されている。
The
板バネ37は、図5に示すようにリング状の中心部37aと、この中心部37aから径方向外方に向かって螺旋状に延設された10本の腕部37bと、腕部37bの先端に形成されたバルブ保持部37cと、バルブ保持部37cの径方向外端から図示上方に折り曲げられた後、中心部37aに向かって折り曲げられて形成された先端部37dとから構成されている。先端部37dには、ピン38と摺接する摺接部37d1と、摺接部37d1から図示斜め上方に折り曲げられてピン38を摺接部37d1へと案内する案内部37d2とが形成されている。尚、板バネ37の腕部37b、バルブ保持部37c、先端部37dについては便宜上、一部にのみ符号を付してある。
As shown in FIG. 5, the
板バネ36は、中心部37aにてシリンダ14の外周面に固定されている。板バネ36がシリンダ14の外周面に固定され、また、カム36がシリンダ14の外周部に固定された軸受62によって保持された状態では、ピン38は、図5において上下方向で、摺接部37d1の下面よりも上側に位置し、かつ、案内部37d2の上端部よりも下側に位置するようになっている。従って、カム36が回転するとピン38が案内部37d2によって摺接部37d1の下面に案内され、それによって、腕部37bが撓み、バルブ保持部37c及び先端部37dが図5において上方に持ち上げられるようになっている。
The
アクティブバルブ板29は、例えば、ゴムから形成されており、同心状でかつ等角度ピッチに形成された流入側アクティブバルブ5a、5bと流出側アクティブバルブ6a〜6hとを一体に備えている。また、流入側アクティブバルブ5a、5b及び流出側アクティブバルブ6a〜6hは、通常は、ゴムの弾性によって、閉状態となるように付勢されている。具体的には図5において下側に付勢されている。さらに、流入側アクティブバルブ5a、5b及び流出側アクティブバルブ6a〜6hの上端部は、板バネ37のバルブ保持部37cにそれぞれ保持されている。
The
このように構成された流入側アクティブバルブ5及び流出側アクティブバルブ6の開閉機構では、バルブ開閉駆動モータ52の駆動力が小ギア54を介してギア36aに伝達される。ギア36aに駆動力が伝達されると、カム36が回転し、それに伴ってピン38も回転する。ピン38は、案内部37d2によって摺接部37d1の下面に案内され、それによって、腕部37bが撓み、バルブ保持部37cが図5において上方に持ち上げられる。すなわち、バルブ保持部37cに保持された流入側アクティブバルブ5a、5bあるいは流出側アクティブバルブ6a〜6hのいずれかが上方に持ち上げられ、開状態となる。また、さらにピン38が回転し、摺接部37d1の下面からピン38が外れると、開状態となっていたいずれかのアクティブバルブは付勢力によって、閉状態となる。さらにピン38が回転すると、次の案内部37d2によって、ピン38は摺接部37d1の下面に案内されて上述と同様に、いずれかのアクティブバルブが開状態となる。これらの動作が繰り返されて、バルブ保持部37cにそれぞれ保持された流入側アクティブバルブ5a、5b及び流出側アクティブバルブ6a〜6hが順次開閉動作を行う。
In the opening / closing mechanism of the inflow side active valve 5 and the outflow side
(流入路及び流出路の構成)
ポンプ室2と流入路3と流出路4と第1流路8と第2流路9とは、上述のようにベース板25に形成されている。
(Configuration of inflow and outflow channels)
The
ポンプ室2は、ベース板25の略中央部に形成されており、流入側アクティブバルブ5a、5b及び流出側アクティブバルブ6a〜6hへ向かって放射状に延在する10本の通路を備えている(図6参照)。尚、ポンプ室2には、気泡の有無を検出する検出器(図示省略)を設けるようにしても良い。
The
流出路4a〜4hは、流出側アクティブバルブ6a〜6hからベース板25の外側へ向かうように形成されている。また、流入路3a、3bは、流入側アクティブバルブ5a、5bと、傘状に形成されたパッシブバルブ10a及び11a、10b及び11bとの間にそれぞれ形成されている(図4、6参照)。さらに、パッシブバルブ10a、10bの外側には第1通路8a、8bが、パッシブバルブ11a、11bの外側には第1通路9a、9bがそれぞれ形成されている。
The
[多チャンネルポンプの制御方法]
図7は、図2に示す多チャンネルポンプの制御方法を説明するタイミングチャートである。
[Control method of multi-channel pump]
FIG. 7 is a timing chart for explaining a control method of the multi-channel pump shown in FIG.
本形態において、ポンプ1は、流入側アクティブバルブ5を開いて、ピストン13の吸入動作で、第1流路8からポンプ室2にメタノールを吸入する吸入ステップS1と、吸入ステップの後に、ピストン13の吐出動作で、第2流路9へポンプ室2からメタノールを吐出してポンプ1のバックラッシュを解消した後に、流入側アクティブバルブ5を閉じる初期吐出ステップS2と、初期吐出ステップS2の後に、所定の流出側アクティブバルブ6を順次開いて、ピストン13の吐出動作で所定量のメタノールを吐出する吐出ステップS3とを備えた制御方法によって、制御されている。以下、その制御方法を詳細に説明する。
In this embodiment, the
図7において、ピストン駆動モータ51のタイミングチャートでは、中心線から下側にハッチングが施されている部分は、ピストン13が吐出方向(図4における左方向)に動作する吐出動作の状態を示し、中心線から上側にハッチングが施されている部分は、ピストン13が吸入方向(図4における右方向)に動作する吸入動作の状態を示している。また、バルブ開閉駆動モータ52のタイミングチャートでは、ハッチングが施されている部分は、各アクティブバルブが開いている状態を示している。
In FIG. 7, in the timing chart of the
初期状態では、流入側アクティブバルブ5及び流出側アクティブバルブ6は全て閉状態となっている。その状態でまず、バルブ開閉駆動モータ52を駆動して、流入側アクティブバルブ5bを開状態とする。その後、ピストン駆動モータ51によって、ピストン13をメタノールの吐出方向へ移動する。このピストン13の吐出動作を上死点(原点)まで行って、ピストン13の原点復帰を行う(原点復帰ステップS0)。尚、この際には、ポンプ室2から、開状態となったパッシブバルブ11bを介して、第2流路9bへメタノールを吐出する。
In the initial state, the inflow side active valve 5 and the outflow side
続いて、ポンプ室2にメタノールを吸入する(吸入ステップS1)。より具体的には、流入側アクティブバルブ5bを開状態としたまま、ピストン駆動モータ51を駆動して、ピストン13をメタノールの吸入方向へ移動する。このピストン13の吸入動作を、例えば、ピストン13の下死点まで行う。ピストン13の吸入動作で、開状態となったパッシブバルブ10bを介して、第1流路8bからメタノールをポンプ室2へ吸入する。
Subsequently, methanol is sucked into the pump chamber 2 (suction step S1). More specifically, the
続いて、ピストン13の吐出動作で、ポンプ室2からメタノールを吐出してポンプ1のバックラッシュを解消した後に、流入側アクティブバルブ5bを閉じる(初期吐出ステップS2)。より具体的には、流入側アクティブバルブ5bを開状態としたまま、ピストン駆動モータ51で、ポンプ1のバックラッシュを解消するまでピストン13をメタノールの吐出方向へ移動する。このピストン13の吐出動作で、開状態となったパッシブバルブ11bを介して、第2流路9bへメタノールを吐出し、その後、バルブ開閉駆動モータ52で流入側アクティブバルブ5bを閉状態とする。
Subsequently, in the discharge operation of the
続いて、所定の流出側アクティブバルブ6を順次開いて、ピストン13の吐出動作で所定量のメタノールを吐出する(吐出ステップS3)。より具体的には、まず、バルブ開閉駆動モータ52で流出側アクティブバルブ6fを開状態とし、ピストン駆動モータ51でピストン13の吐出動作を行って、所定量のメタノールを流出路4fから吐出する。その後、バルブ開閉駆動モータ52で流出側アクティブバルブ6fを閉状態、流出側アクティブバルブ6gを開状態とし、ピストン13の吐出動作を行って、所定量のメタノールを流出路4gから吐出する。このように、バルブ開閉駆動モータ52で、流出側アクティブバルブ6f、6g、6h、6a、6b、6c、6d、6eの開閉動作をこの順番で順次行いつつ、ピストン13の吐出動作で、流出路4f、4g、4h、4a、4b、4c、4d、4eからこの順番で、所定量のメタノールを吐出する。
Subsequently, the predetermined outflow side
ここで、ポンプ室2に、気泡の有無を検出する検出器を設けた場合において、この検出器が気泡を検出したときには、例えば、流入側アクティブバルブ5bを開状態として、ピストン13の吐出動作を行うことで、開状態となったパッシブバルブ11bを介して、第2流路9bへ気泡を排出することができる。また、ポンプ1の起動時あるいは、収容容器の交換後には、同様の動作で、気泡を排出することも可能である。
Here, in the case where a detector for detecting the presence or absence of bubbles is provided in the
尚、図2〜図6に示す多チャンネルポンプ1の構成を採用する場合には、バルブ開閉駆動モータ52によって、上述した一連の動作の中では使用されない流入側アクティブバルブ5aの開閉動作も行われることになる。しかし、流入側アクティブバルブ5aが開状態であるときに、ピストン13を移動させなければ、上述した一連の動作に影響を与えることはない。
When the configuration of the
[本形態の主な効果]
以上説明したように、本形態の多チャンネルポンプ1は、流出側アクティブバルブ6a〜6hを備えていることから、流出路4a〜4hからポンプ室2へのメタノールの逆流を確実に防止することができる。また、流出路4a〜4hから吐出するメタノールの吐出先を流出側アクティブバルブ6a〜6hで制御することができる。さらに、多チャンネルポンプ1では、1つのピストン13の吐出動作によって各流出路4a〜4hからメタノールを吐出する。そのため、各流出路4a〜4hごとにピストンが設けられている場合と比較して、吐出性能が均一になり、各流出路4a〜4hからの吐出量のばらつきを抑えることができる。従って、多チャンネルポンプ1では、適切量のメタノールを精度よく吐出することができる。
[Main effects of this embodiment]
As described above, since the
また、本形態では、8つの流出路4a〜4hが接続されたポンプ室2に2つの流入路3a、3bが接続されている。そのため、複数の流出路4a〜4hに対して流入路3a、3bを共通で使用することができ、ポンプ1の構成を簡素化することができる。また、ピストン13も1つであるからポンプ1の構成の簡素化が可能となる。従って、ポンプ1の小型化を図ることができ、例えば、携帯電子機器に使用されるDMFCといった小型の装置に搭載することが可能となる。
In this embodiment, two
本形態では、ピストン13の駆動機構は、外周部にオネジ15aが形成されたピストンロッド15と、オネジ15aと螺合するメネジ16aが形成されたナット16と、ナット16をギア17等を介して回転駆動するピストン駆動モータ51とを備えている。そのため、ネジのピッチとピストン駆動モータ51の回転量でピストン13の移動量を制御できる。従って、流出路4a〜4hから微小流量を吐出することができる。また、吐出流量の精度を上げることができる。特に、本形態では、ピストン駆動モータ51はステッピングモータであるため、ピストン13の移動量をより精度よく制御することができる。例えば、本形態のポンプ1では、各流出路4a〜4hから0.01ccといった微小流量を精度よく吐出することができる。また、微小流量を間欠的に吐出することも可能である。
In this embodiment, the drive mechanism of the
本形態では、多チャンネルポンプ1は、2つの流入路3a、3bを備えている。そのため、流入路3a、3bごとに収容容器が接続されているような場合には、収容容器の交換作業が容易になる。
In this embodiment, the
本形態では、流入路3a、3bの一端側は、流入側アクティブバルブ5a、5bを介してポンプ室2に接続されている。そのため、ポンプ室2から流入路3a、3bへの逆流を確実に防止することができる。
In this embodiment, one end side of the
また、本形態における多チャンネルポンプ1の制御方法では、吸入ステップS1と吐出ステップS3との間に、ポンプ1のバックラッシュを解消する初期吐出ステップS2が設けられている。そのため、吐出ステップS3では、当初からピストン13の移動量と流出路4a〜4hからの吐出量との関係をリニアに保つことができる。従って、ピストン13の移動量を適切に制御してやれば、吐出ステップS3で最初に流体が吐出される流出路4fからの吐出量も精度よく制御することができ、各流出路4a〜4hからの吐出量のばらつきを低減させることができる。
Moreover, in the control method of the
さらに、本形態における多チャンネルポンプ1の制御方法では、吐出ステップS3で、流出路4a〜4hから複数回にわたって吐出するために必要なメタノールを、吸入ステップS1で吸入している。そのため、各流出路4a〜4hから吐出するメタノールの吐出量が著しく微量であっても、吸入量をある程度確保することができる。例えば、各流出路4a〜4hからの各吐出量が1(μl)であっても、吸入量は8(μl)とすることができる。従って、ポンプ1の容量を大きくすることができ、自給性能を備えることが容易になる。
Furthermore, in the control method of the
[他の実施の形態]
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形可能である。
[Other embodiments]
The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、上述した形態の多チャンネルポンプ1は、可動体としてピストン13を用いたピストン式のポンプであったが、ピストン式のポンプには限定されず、1のみの可動体を備えるダイヤフラム式のポンプであっても良い。また、その他の方式を採用したポンプであっても良い。
For example, the
また、上述した形態では、流入側アクティブバルブ5及び流出側アクティブバルブ6を共通の駆動アクチュエータであるバルブ開閉駆動モータ52によって開閉駆動していたが、各アクティブバルブのそれぞれに、駆動アクチュエータを設けるようにしても良いし、いくつかのアクティブバルブを開閉駆動する駆動アクチュエータを複数設けるようにしても良い。
In the above-described embodiment, the inflow side active valve 5 and the outflow side
さらに、ピストン駆動モータ51は、ステッピングモータには限定されず、その他のモータを使用することも可能である。また、ピストン13の駆動アクチュエータは、モータには限定されず、種々の駆動アクチュエータの使用が可能である。
Furthermore, the
さらにまた、上述した形態では、2つの流入路3a、3bが設けられていたが、流入路は1つであっても良い。また、逆に3つ以上の流入路が設けられていても良い。
Furthermore, in the embodiment described above, the two
また、多チャンネルポンプ1の制御方法は、上述の制御方法には限定されない。例えば、流入側アクティブバルブ5を開いて、ピストン13の吸入動作でポンプ室2にメタノールを吸入した後、流入側アクティブバルブ5を閉じる吸入ステップと、吸入ステップの後に、1の流出側アクティブバルブ6を開いて、ピストン13の吐出動作でポンプ室2からメタノールを吐出してポンプ1のバックラッシュを解消する初期吐出ステップと、初期吐出ステップの後に、所定の流出側アクティブバルブ6を順次開いて、ピストン13の吐出動作で所定量のメタノールを吐出する吐出ステップとを備える制御方法によって、ポンプ1を制御しても良い。
Moreover, the control method of the
この場合にも、吸入ステップと吐出ステップとの間に、ポンプ1のバックラッシュを解消する初期吐出ステップが設けられているため、吐出ステップでは、当初からピストン13の移動量と流出路4からの吐出量との関係をリニアに保つことができ、各流出路4からの吐出量のばらつきを低減させることができる。吐出ステップで、流出路4から複数回にわたって吐出するために必要なメタノールを、吸入ステップで吸入しているため、各流出路4から吐出するメタノールの吐出量が著しく微量であっても、吸入量をある程度確保することができる。従って、ポンプ1の容量を大きくすることができ、自給性能を備えることが容易になる。
Also in this case, an initial discharge step for eliminating the backlash of the
さらに、使用される流体は、メタノールもしくはメタノール水溶液に限定されるものではなく、エタノール(エチルアルコール)もしくはその水溶液、あるいは他の液体であっても良い。 Furthermore, the fluid used is not limited to methanol or an aqueous methanol solution, but may be ethanol (ethyl alcohol) or an aqueous solution thereof, or other liquid.
また、用途も燃料電池に限ったものではなく、例えば、化学物質の分析装置分野においては、微量試薬の滴下装置に用いられる、複数のシリンジポンプの代用として使用しても良い。 Also, the use is not limited to the fuel cell. For example, in the field of chemical substance analyzers, it may be used as a substitute for a plurality of syringe pumps used in a trace reagent dropping device.
1 多チャンネルポンプ
2 ポンプ室
3(3a、3b) 流入路
4(4a〜4h) 流出路
5(5a、5b) 流入側アクティブバルブ
6(6a〜6h) 流出側アクティブバルブ
8(8a、8b) 第1流路
9(9a、9b) 第2流路
10(10a、10b)、11(11a、11b) パッシブバルブ
13 ピストン(可動体)
14 シリンダ
15 ピストンロッド
15a オネジ
16 ナット(回転体)
16a メネジ
51 ピストン駆動モータ
S1 吸入ステップ
S2 初期吐出ステップ
S3 吐出ステップ
1
14
16a
Claims (33)
該ポンプ室に接続された流入路と、
流出側アクティブバルブを介して前記ポンプ室に接続された2以上の流出路と、
前記ポンプ室を容積変化させる1つの可動体とを備え、
前記可動体は、往復運動によって前記ポンプ室を容積変化させ、
前記流入路の一端側は、流入側アクティブバルブを介して前記ポンプ室に接続されていることを特徴とする多チャンネルポンプ。 A pump room,
An inflow channel connected to the pump chamber;
Two or more outflow passages connected to the pump chamber via an outflow side active valve;
A movable body for changing the volume of the pump chamber ,
The movable body changes the volume of the pump chamber by a reciprocating motion,
One end side of the inflow path is connected to the pump chamber via an inflow side active valve.
前記第1流路は前記収容容器の下方に接続され、The first flow path is connected to the lower side of the container;
前記第2流路は前記収容容器の上方に接続されることを特徴とする請求項4に記載の多チャンネルポンプ。The multi-channel pump according to claim 4, wherein the second flow path is connected above the container.
前記流入側アクティブバルブを開いて、前記可動体の吸入動作で前記ポンプ室に流体を吸入した後、前記流入側アクティブバルブを閉じる吸入ステップと、An inhalation step of opening the inflow side active valve, inhaling fluid into the pump chamber by the inhalation operation of the movable body, and then closing the inflow side active valve;
該吸入ステップの後に、所定の流出側アクティブバルブを順次開いて、前記可動体の吐出動作で所定量の流体を吐出する吐出ステップを複数備えることを特徴とする多チャンネルポンプの制御方法。A control method for a multi-channel pump, comprising a plurality of discharge steps for sequentially opening a predetermined outflow side active valve after the suction step and discharging a predetermined amount of fluid by a discharge operation of the movable body.
前記流入側アクティブバルブを開いて、前記可動体の吸入動作で、前記第1流路から前記ポンプ室に流体を吸入する吸入ステップと、A suction step of opening the inflow side active valve and sucking fluid from the first flow path into the pump chamber by the suction operation of the movable body;
該吸入ステップの後に、所定の流出側アクティブバルブを順次開いて、前記可動体の吐出動作で所定量の流体を吐出する複数の吐出ステップとを備えることを特徴とする多チャンネルポンプの制御方法。A control method for a multi-channel pump, comprising: a plurality of discharge steps for sequentially opening a predetermined outflow side active valve after the suction step and discharging a predetermined amount of fluid by a discharge operation of the movable body.
前記アノード極へ液体を供給する送液ポンプと、前記カソード極へ空気を供給する送気ポンプとを備えた燃料電池であって、A fuel cell comprising a liquid feed pump for supplying a liquid to the anode electrode and an air supply pump for supplying air to the cathode electrode,
前記送液ポンプは、ポンプ室と、該ポンプ室に接続された流入路と、流出側アクティブバルブを介して前記ポンプ室に接続された2以上の流出路と、前記ポンプ室を容積変化させる可動体とを備え、The liquid feed pump includes a pump chamber, an inflow passage connected to the pump chamber, two or more outflow passages connected to the pump chamber via an outflow side active valve, and a movable chamber that changes the volume of the pump chamber. With body,
前記可動体は、往復運動によって前記ポンプ室を容積変化させ、The movable body changes the volume of the pump chamber by a reciprocating motion,
前記流入路の一端側は、流入側アクティブバルブを介して前記ポンプ室に接続されていることを特徴とする燃料電池。One end side of the inflow path is connected to the pump chamber via an inflow side active valve.
前記第1流路と前記第2流路はメタノールもしくはメタノール水溶液を収容する収容容器に接続され、The first flow path and the second flow path are connected to a storage container that stores methanol or an aqueous methanol solution,
前記第1流路は前記収容容器の下方に接続され、The first flow path is connected to the lower side of the container;
前記第2流路は前記収容容器の上方に接続されることを特徴とする請求項20に記載の燃料電池。21. The fuel cell according to claim 20, wherein the second flow path is connected above the container.
前記流入側アクティブバルブを開いて、前記可動体の吸入動作で前記ポンプ室に流体を吸入した後、前記流入側アクティブバルブを閉じる吸入ステップと、An inhalation step of opening the inflow side active valve, inhaling fluid into the pump chamber by the inhalation operation of the movable body, and then closing the inflow side active valve;
該吸入ステップの後に、所定の流出側アクティブバルブを順次開いて、前記可動体の吐出動作で所定量の流体を吐出する吐出ステップを複数備えることを特徴とする燃料電池の制御方法。A fuel cell control method comprising a plurality of discharge steps for sequentially opening a predetermined outflow side active valve after the suction step and discharging a predetermined amount of fluid by a discharge operation of the movable body.
前記流入側アクティブバルブを開いて、前記可動体の吸入動作で、前記第1流路から前記ポンプ室に流体を吸入する吸入ステップと、A suction step of opening the inflow side active valve and sucking fluid from the first flow path into the pump chamber by the suction operation of the movable body;
該吸入ステップの後に、所定の流出側アクティブバルブを順次開いて、前記可動体の吐出動作で所定量の流体を吐出する複数の吐出ステップとを備えることを特徴とする燃料電池の制御方法。A fuel cell control method comprising: a plurality of discharge steps for sequentially opening predetermined outflow side active valves after the suction step and discharging a predetermined amount of fluid by a discharge operation of the movable body.
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