JP5277027B2 - Micro flow liquid pump controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁駆動式ポンプの制御を行う微小流量液体ポンプ制御装置に関する。 The present invention relates to a micro flow rate liquid pump control device for controlling an electromagnetically driven pump.
近年、省資源及び地球温暖化抑制の観点から世界的に化石燃料の使用を減らすことが求められており、そのひとつの解決策として燃料電池が開発されている。また、燃料電池の特色を生かすため、その普及は家庭設置型の小型のものが主流となっている。ここで、中大型の燃料電池システムに比べて発電量の小さな燃料電池システムにおいては、燃料や水の時間当たりの送液量が非常に小さくなっている。また、使用する部品の部品単体コストの全体システムのコストに及ぼす影響も小型燃料電池の場合には非常に大きく、高精度であっても高コストな部品はその普及過程においては使用することができず、安価で高精度な送液ポンプの開発が求められていた。そして、従来のポンプとしては、ダイヤフラム型やハイセラ型ポンプを燃料電池システムに適用したものが知られていた(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, it has been demanded worldwide to reduce the use of fossil fuels from the viewpoint of saving resources and suppressing global warming, and fuel cells have been developed as one solution. Moreover, in order to take advantage of the characteristics of fuel cells, small-sized home-installed types are the mainstream. Here, in a fuel cell system with a small amount of power generation compared to a medium-sized fuel cell system, the amount of fuel or water delivered per hour is very small. In addition, the effect of the cost of a single component of the components used on the entire system is very large in the case of a small fuel cell, and even if it is highly accurate, expensive components can be used in the process of popularization. Therefore, the development of an inexpensive and highly accurate liquid pump has been demanded. And as a conventional pump, what applied a diaphragm type and a Hycera type pump to a fuel cell system was known (for example, refer to patent documents 1).
しかしながら、上述のようなダイヤフラム型やハイセラ型ポンプは送液量が比較的大きく、燃料電池システムに適用するポンプとして好適な微小流量(例えば1g/min以下)を制御した場合に十分な精度を得ることができないという問題があった。また、試験室的に微小流量を送液するためには化学分析機器などで使用されるダブルプランジャ型ポンプ(高速液体クロマトグラムなどで使用)が使用されているが、非常に高価であり燃料電池システムに適用した場合にコストが高くなってしまうという問題があった。更に、流量精度を向上させるために、ポンプの送液側に流量測定器を接続し、計測した送液流量に基づいて制御することが行われていたが、流量測定器では微小流量を測定することが困難であり、燃料電池システムに適用するための十分な精度が得られないという問題があった。 However, the diaphragm type and hysera type pumps as described above have a relatively large liquid feeding amount, and sufficient accuracy can be obtained when a minute flow rate (for example, 1 g / min or less) suitable as a pump applied to the fuel cell system is controlled. There was a problem that I could not. In addition, double plunger type pumps (used in high-speed liquid chromatograms, etc.) used in chemical analysis equipment, etc. are used to send minute flow rates in the laboratory, but they are very expensive and are fuel cells. When applied to a system, there is a problem that the cost becomes high. Furthermore, in order to improve the flow rate accuracy, a flow rate measuring device was connected to the pumping side of the pump and control was performed based on the measured flow rate of the pumped fluid. However, the flow rate measuring device measures a minute flow rate. However, there is a problem that sufficient accuracy for application to a fuel cell system cannot be obtained.
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、コストを抑えると共に微小流量の制御を高い精度で行うことができる微小流量液体ポンプ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a micro flow rate liquid pump control apparatus capable of controlling the micro flow rate with high accuracy while reducing the cost.
ここで、本発明の発明者らは、鋭意研究の結果、送液ポンプのコスト低減のためには電磁駆動式ポンプを用いることが最も有効であり、その圧力に応じた流量特性の変化の機構を解明することにより、電磁駆動式ポンプで微小流量の制御を行うには、流量測定器の測定結果に基づいて制御を行うよりもポンプの圧力に基づいて制御を行うことが好適であり、これによって精密な流量制御を行うことが可能となることを見出した。 Here, as a result of earnest research, the inventors of the present invention are most effective to use an electromagnetically driven pump in order to reduce the cost of the liquid feed pump, and the mechanism of the change in the flow rate characteristic according to the pressure. In order to control a minute flow rate with an electromagnetically driven pump, it is preferable to perform control based on the pressure of the pump rather than performing control based on the measurement result of the flow meter. It has been found that precise flow rate control can be performed.
そこで、本発明に係る微小流量液体ポンプ制御装置は、電磁駆動式ポンプの駆動コイルの駆動周波数及び駆動パルス幅を制御することによって送液流量を変化させる微小流量液体ポンプ制御装置であって、液相の圧力に基づいて駆動周波数及びパルス幅を制御することを特徴とする。 Therefore, a micro flow rate liquid pump control device according to the present invention is a micro flow rate liquid pump control device that changes a liquid feed flow rate by controlling a drive frequency and a drive pulse width of a drive coil of an electromagnetically driven pump. The driving frequency and the pulse width are controlled based on the phase pressure.
この微小流量液体ポンプ制御装置では、液相の圧力に基づいて電磁駆動式ポンプの駆動コイルの駆動周波数及び駆動パルス幅を制御することによって、微小流量であっても高い精度で制御を行うことができる。また、電磁駆動式ポンプを適用することによってコストを低減することもできる。以上によって、コストを抑えると共に微小流量の制御を高い精度で行うことができる。 In this minute flow rate liquid pump control device, even with a minute flow rate, control can be performed with high accuracy by controlling the drive frequency and drive pulse width of the drive coil of the electromagnetically driven pump based on the liquid phase pressure. it can. In addition, the cost can be reduced by applying an electromagnetically driven pump. As described above, the cost can be reduced and the minute flow rate can be controlled with high accuracy.
また、本発明に係る微小流量液体ポンプ制御装置では、送液流量が1g/min以下を含むことが好ましく、このような微小な範囲の流量を制御した場合に、他のタイプのポンプよりも特に高い精度で流量制御をすることができる。 Moreover, in the micro flow rate liquid pump control device according to the present invention, it is preferable that the liquid flow rate includes 1 g / min or less, and when such a small range of flow rate is controlled, it is more particularly than other types of pumps. The flow rate can be controlled with high accuracy.
また、本発明に係る微小流量液体ポンプ制御装置では、圧力を圧力センサで取得することが好ましい。ポンプの圧力を圧力センサで直接検知することによって、正確な圧力を取得することができる。 Moreover, in the micro flow rate liquid pump control device according to the present invention, it is preferable to acquire the pressure with a pressure sensor. By detecting the pressure of the pump directly with a pressure sensor, an accurate pressure can be obtained.
また、本発明に係る微小流量液体ポンプ制御装置では、予測することによって圧力を取得すること可能である。例えば、使用環境と圧力との関係を予め測定してデータテーブルを作成しておくことにより、制御時における使用環境から圧力を予測することができる。これによって、新たに圧力センサを取り付けて部品点数を増やすことなく電磁駆動式ポンプを制御することができる。 Moreover, in the micro flow rate liquid pump control device according to the present invention, the pressure can be acquired by prediction. For example, the pressure can be predicted from the use environment at the time of control by measuring the relationship between the use environment and the pressure in advance and creating a data table. This makes it possible to control the electromagnetically driven pump without newly attaching a pressure sensor and increasing the number of parts.
ここで、本発明者らは、送液流量は圧力に従って非直線的に変化するものであるが、送液流量を圧力の範囲ごとに区切ることによって、各区分内では直線で近似できることを見出した。従って、本発明に係る微小流量液体ポンプ制御装置では、送液流量を圧力の範囲ごとに複数の区間に分割し、それぞれの区間において送液流量が圧力に従って直線的に変化すると仮定して制御を行うことが好ましい。これによって、制御時の演算処理の計算を容易にすることができる。 Here, the present inventors have found that the liquid flow rate changes nonlinearly according to the pressure, but can be approximated by a straight line within each section by dividing the liquid flow rate for each pressure range. . Therefore, in the micro flow rate liquid pump control device according to the present invention, the liquid flow rate is divided into a plurality of sections for each pressure range, and the control is performed on the assumption that the liquid flow rate varies linearly according to the pressure in each section. Preferably it is done. Thereby, the calculation of the arithmetic processing at the time of control can be made easy.
本発明に係る微小流量液体ポンプ制御装置では、送液流量を駆動周波数、駆動パルス幅を変数として表した関数を用いて制御を行うことが好ましい。駆動周波数、駆動パルス幅を変数として簡便な四則演算で表された送液流量の関数を用いることによって、制御時の演算処理の計算を容易にすることができる。 In the micro flow rate liquid pump control device according to the present invention, it is preferable to perform control using a function in which the liquid flow rate is expressed as a drive frequency and the drive pulse width as a variable. By using the function of the liquid supply flow rate expressed by simple four arithmetic operations with the driving frequency and the driving pulse width as variables, calculation of arithmetic processing at the time of control can be facilitated.
本発明に係る微小流量液体ポンプ制御装置では、送液流量を圧力を変数として表した関数を更に用いて制御を行うことが好ましい。送液流量を駆動周波数、駆動パルス幅を変数として表した関数は圧力が一定の場合に成り立つものであるが、圧力を変数とした関数を更に用いることによって、圧力が変動した場合でも、送液流量を駆動周波数、駆動パルス幅を変数として表した関数を用いて制御を行うことを可能とする。 In the micro flow rate liquid pump control device according to the present invention, it is preferable to perform control by further using a function in which the liquid flow rate is expressed with the pressure as a variable. The function that expresses the liquid flow rate as the drive frequency and the drive pulse width as a variable is valid when the pressure is constant, but it can be used even when the pressure fluctuates by further using the function with the pressure as a variable. Control can be performed using a function in which the flow rate is represented by a drive frequency and the drive pulse width is represented by a variable.
本発明によれば、コストを抑えると共に微小流量の制御を高い精度で行うことができる。 According to the present invention, it is possible to reduce costs and control a minute flow rate with high accuracy.
以下、図面を参照して、本発明に係る微小流量液体ポンプ制御装置の好適な実施形態について詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a micro flow rate liquid pump control device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、本発明の実施形態に係る微小流量液体ポンプ制御装置1の構成を説明する。図1は、本発明の実施形態に係る微小流量液体ポンプ制御装置1を適用したポンプシステム100の構成を示す図である。図1に示すように、ポンプシステム100は、微小流量液体ポンプ制御装置1、電磁駆動式ポンプ2、圧力センサ3を備えて構成されている。このポンプシステム100は、入力された目標流量にあわせて電磁駆動式ポンプ2を制御することによって液体を所望の流量だけ送液する機能を有している。このポンプシステム100では、例えばガソリンなどの揮発性の高い液体では使用できないが、水を含む様々な液体に適用することができる。ここで、このポンプシステム100が最も適しているのは、液体炭素水素燃料や合成燃料などの化石燃料を用いる燃料電池システムであり、炭素含有量80質量%以上、90質量%以下の炭化水素燃料を使用することが望ましい。
First, the configuration of the micro flow rate liquid
このポンプシステム100の送液の密度が変化する場合、容積流量は制御することができるが、密度の変化により重量流量での制御は困難であり、15℃における密度が0.7g/cm3以上、0.9g/cm3以下の炭化水素燃料を使用することが望ましい。更に、送液の動粘度はあらゆる種類のポンプの送液性能に影響を与えることが知られており、ポンプシステム100では、電磁駆動式ポンプ2の特徴を踏まえ、送液の30℃における動粘度が1.0mm2/s以上、5.0mm2/s以下の炭化水素系液体を使用することが望ましい。
When the density of the
燃料電池システムの燃料の送液では、ポンプ、配管部材からの硫黄分の溶出が問題になる場合があるが、本発明では電磁駆動式ポンプ2の接液部の材質を適切に選定することにより、送液中の全硫黄化合物基準で10質量ppm以下の硫黄化合物を有する炭化水素系液体を使用することが可能である。
In the fuel cell system, the elution of sulfur from the pump and piping members may be a problem in the liquid feeding of the fuel cell system. However, in the present invention, by appropriately selecting the material of the wetted part of the electromagnetically driven
また、ポンプシステム100では、適用流量範囲の上限値は特に限定されないが、使用流量範囲の流量値基準で±5%以内の流量精度を考慮すると、単一のポンプでは10g/min、より好ましくは5g/minとすることが好ましい。そして、適用流量範囲として微小流量範囲である1g/min以下の範囲では、従来のポンプシステムに比して特に優れた精度で流量を制御することができる。この場合、適用流量範囲の下限値は、0.2g/min、より好ましくは0.3g/minとすることが好ましい。
In the
電磁駆動式ポンプ2は、周囲に駆動コイル6が取り付けられたケーシング7内にプランジャ8を往復動可能に配置することによって構成されている。ケーシング7には、液体をケーシング7内に取り込むための入口流路11及び液体を圧力をかけて外部に供給するための出口流路12が取り付けられている。電磁駆動式ポンプ2は、駆動コイル6に所定の駆動周波数及び駆動パルス幅の制御信号が入力されることによって、プランジャ8をケーシング7内で往復運動させることによって入口流路11側から液体を取り込むと共に、圧力をかけて出口流路12から液体を供給することができる。出口流路12には圧力センサ3が取り付けられており、この圧力センサ3は、電磁駆動式ポンプ2から供給される液体の圧力を検知して、微小流量液体ポンプ制御装置1へ出力する。なお、電磁駆動式ポンプ2では、制御信号の駆動周波数が変化することによってプランジャ8の移動速度が変化し、駆動パルス幅が変化することによってプランジャ8の移動幅が変化する。すなわち、プランジャ8はケーシング7内をフルストロークで往復動するのみならず、制御信号の駆動パルス幅によってはストロークを短くすることができるので、フルストローク時に比して流量を少なくすることができる。従って、制御信号の駆動周波数及び駆動パルス幅によって、送液流量を制御することが可能となる。本実施形態では、使用する駆動周波数及び駆動パルス幅の範囲は特に限定されないが、駆動周波数50Hz以下、駆動パルス幅50m・sec以内とすることが好ましい。その際、駆動パルス幅は、無通電時間よりも短くすることが好ましい。
The electromagnetically driven
微小流量液体ポンプ制御装置1は、外部装置からの信号や入力信号を受信することによって目標流量を設定する目標流量設定部21と、設定された目標流量が得られるように駆動周波数及び駆動パルス幅を設定して電磁駆動式ポンプ2の駆動コイル6に制御信号を出力する制御部22と、駆動周波数及び駆動パルス幅の設定のために予め取得しておいた各種データテーブルを格納する記憶部23とを備えて構成されている。
The micro flow rate liquid
制御部22は、目標流量設定部21で設定された目標流量と圧力センサ3で検知された圧力に基づいて、駆動周波数と駆動パルス幅を設定して制御信号を出力する機能を有している。このとき、制御部22は、記憶部23から適宜データテーブルを読み出し、各データテーブルと目標流量と取得した圧力を用いて駆動周波数及び駆動パルス幅を設定する。
The
また、制御部22は、計算の負荷を低減するために使用駆動周波数の範囲において、送液流量が駆動周波数に従って直線的に変化すると仮定して制御を行う機能を有すると共に、使用駆動パルス幅の範囲で送液流量が駆動パルス幅に従って直線的に変化することを仮定して制御を行う機能を有している。
In addition, the
制御部22は、圧力が一定の条件では、駆動周波数、駆動パルス幅を変数として表した関数を用いて制御を行う機能を有している。このように、駆動周波数、駆動パルス幅を変数として簡便な四則演算で表された送液流量の関数を用いることによって、制御時の演算処理の計算を容易にすることができる。例えば、駆動周波数と駆動パルス幅を変数として表された送液流量の関数の一例として式(1)に示すような式を用いることができる。なお、関数は式(1)に示すものに限らない。
The
[流量]=係数1×[駆動周波数]×[駆動パルス幅]
+係数2×[駆動周波数]+係数3×[駆動パルス幅]+係数4…式(1)
[Flow rate] = Coefficient 1 x [Drive frequency] x [Drive pulse width]
+
圧力が変化した場合には電磁駆動式ポンプ2の圧力特性により送液流量が変化することが知られている。これは一般的に圧力が高くなると送液流量が減少するという関係で現れてくる。ここで、本発明者らは、送液流量は圧力に従って非直線的に変化するものであるが、送液流量を圧力の範囲ごとに区切ることによって、各区分内では直線で近似できることを見出した。従って、同一の駆動周波数及び駆動パルス幅の組み合わせで制御を行う場合は、微小流量液体ポンプ制御装置では、送液流量を圧力の範囲ごとに複数の区間に分割し、それぞれの区間において送液流量が圧力に従って直線的に変化すると仮定して制御を行う機能を有している。これによって、制御時の演算処理の計算を容易にすることができる。例えば、図2に示すように、実際の流量が流量曲線Qで表される場合に、圧力P1と圧力P2との区間及び圧力P3と圧力P1との区間に分割し、それぞれの区間において流量が直線L1及び直線L2に従って変化すると仮定することができる。
It is known that when the pressure changes, the liquid flow rate changes due to the pressure characteristics of the electromagnetically driven
制御部22は、上述のような仮定を行うことによって、直線で表すことができる圧力P1と圧力P2の区間においては、式(1)を用いることにより圧力P1での送液流量と圧力P2での送液流量を求めることによって、当該区間の所定の圧力PAにおける送液流量を直線L1と近似して、例えば式(2)で表すことができる。
The
[流量]=[圧力P1での流量]
+{([圧力P2での流量]−[圧力P1での流量])/([圧力P2]−[圧力P1])}
×([圧力PA]−[圧力P1])…式(2)
[Flow rate] = [Flow rate at pressure P1]
+ {([Flow rate at pressure P2] − [flow rate at pressure P1]) / ([pressure P2] − [pressure P1])}
× ([pressure PA] − [pressure P1]) (2)
求める送液流量が圧力P1と圧力P2の区間にない場合は新たな区間を設定することによって同様の方法で求めることができる。例えば、圧力P3と圧力P1の区間を設定して直線L2と近似して求めることができる。 When the liquid flow rate to be obtained is not in the section between the pressure P1 and the pressure P2, it can be obtained by the same method by setting a new section. For example, it can be obtained by setting an interval between the pressure P3 and the pressure P1 and approximating the straight line L2.
次に、本発明の微小流量液体ポンプ制御装置1による制御処理について、図3を参照して詳細に説明する。図3は、本実施形態に係る微小流量液体ポンプ制御装置1の制御処理を示すフローチャートである。この処理は、電磁駆動式ポンプ2が運転している間、微小流量液体ポンプ制御装置1の制御部22において所定のタイミングで実行される。なお、以下に示す制御処理は駆動周波数と駆動パルス幅を設定する方法の一例に過ぎず、他の方法で設定してもよい。
Next, control processing by the micro flow rate liquid
まず、制御処理について説明を行う前に、制御処理中に用いられるデータテーブルについて説明する。このデータテーブルは、予め評価装置による測定や演算を行うことによって作成され、記憶部23に格納されて所望のタイミングで読み出される。なお、以下に示すデータテーブルは一例に過ぎず、他のデータテーブルを使用してもよい。
First, before describing the control process, a data table used during the control process will be described. This data table is created in advance by performing measurement and calculation by the evaluation device, stored in the
処理中の演算に用いられる式(1)の各係数を設定するためのデータテーブルの作成について説明する。まず、一般的な灯油を用いて、図4に示すように灯油が貯留された供給タンク31と、供給タンク31から灯油を送液する電磁駆動式ポンプ32と、電磁駆動式ポンプ32の出力流路33に設けられた圧力センサ34と、送液された灯油を貯留して電磁駆動式ポンプ32の送液流量を測定する測定タンク35とを備えて構成される評価装置30を用いて、ポンプの圧力、駆動周波数、駆動パルス幅のそれぞれと送液流量との関係を測定する。例えば、測定条件として圧力0,10,20,50kPaの各圧力において、使用駆動周波数範囲、駆動パルス幅範囲に適切に分布するように、駆動周波数と駆動パルス幅を設定し、そのときの送液流量を測定する。代表例として、圧力20kPaにおける測定結果を表1に示す。
The creation of a data table for setting each coefficient of the equation (1) used for the calculation during processing will be described. First, as shown in FIG. 4, using a common kerosene, a
表1に代表される測定結果及び他の圧力における測定結果を用いて、式(1)における係数1、係数2、係数3、係数4を回帰分析によって求める。このとき、通常は回帰式の偏差が最小となるように求める手法が用いられるが、ここでは微小流量での精度を向上すべく、誤差(偏差の目標値に対する比率)を最小とするようにして算出する。このときの計算結果を表2に示す。この表2が制御処理において式(1)の係数を設定する際に用いるデータテーブルとなる。なお、測定する圧力を増やすことによってデータテーブルのデータ数を増加させてもよい。
Using the measurement results represented by Table 1 and the measurement results at other pressures,
処理中に駆動周波数を設定するためのデータテーブルの作成について説明する。このデータテーブルは、使用する送液流量の流量範囲及び圧力において、最適な駆動周波数を設定することによって作成される。最適な駆動周波数の設定には様々な方法が考えられるが、ここでは、電磁駆動式ポンプの駆動パルス幅の直線性が高い領域を使用できるように設定した。このような方法によって作成されたデータテーブルを表3に示す。なお、より細かく流量範囲を分けたデータテーブルを作成してもよい。 Creation of a data table for setting the drive frequency during processing will be described. This data table is created by setting an optimum drive frequency in the flow range and pressure of the liquid flow rate to be used. Various methods are conceivable for setting the optimum driving frequency. Here, the setting is made so that a region where the linearity of the driving pulse width of the electromagnetic driving pump is high can be used. Table 3 shows a data table created by such a method. A data table in which the flow rate range is divided more finely may be created.
次に、図3の制御処理について説明する。図3に示すように、まず目標流量設定部21から目標流量が入力される(ステップS100)。次に、圧力センサ34で測定された圧力が入力される(ステップS110)。目標流量及び圧力が入力された後、表3に示すデータテーブルを記憶部23から読み出し、当該データテーブルに対して目標流量を照会すると共に測定した圧力を照会することによって、駆動周波数を設定する(ステップS120)。
Next, the control process of FIG. 3 will be described. As shown in FIG. 3, the target flow rate is first input from the target flow rate setting unit 21 (step S100). Next, the pressure measured by the
次に、S110で入力された圧力において適用される式(1)の係数1〜4を設定する(ステップS130)。S130においては、表1に示すデータテーブルを記憶部23から読み出し、測定した圧力が0〜10,10〜20,20〜50kPaのどの範囲に属するかを照会すると共に、0,10,20,50kPaのうち測定した圧力の前後の圧力に該当するものの係数1〜4の値をデータテーブルから取得すると共に、取得したデータを用いて線形補間によって、測定した圧力における係数1〜4を算出する。このように、係数1〜4を線形補間で直ちに求めることができるのは、送液流量を圧力の範囲ごとに複数の区間に分割し、それぞれの区間において送液流量が圧力に従って直線的に変化すると仮定し、式(2)のような関係が成り立つとしたためである。このように、制御部22における計算の負荷を低減し、全体システムを制御する制御装置にポンプ制御を組み込むことを可能とする。
Next,
次に、式(1)を用いて駆動パルス幅の設定を行う(ステップS140)。S140においては、式(1)を式(3)に示すように変形し、その式(3)にS100で入力された目標流量、S120で設定した駆動周波数及びS130で設定した係数1〜4を代入することによって、駆動パルス幅を算出する。
Next, the drive pulse width is set using equation (1) (step S140). In S140, Formula (1) is transformed as shown in Formula (3), and the target flow rate input in S100, the drive frequency set in S120, and the
[駆動パルス幅]=([流量]−[駆動周波数]×係数2−係数4)
/(係数1×[駆動周波数]+係数3)…式(3)
[Drive pulse width] = ([Flow rate] − [Drive frequency] ×
/ (
S140で駆動パルス幅を設定した後、設定した駆動周波数及び駆動パルス幅に従って電磁駆動式ポンプ2の駆動コイル6へ制御信号を出力する(ステップS150)。S150の処理が終了すると、図3に示す制御処理が終了し、再びS100から処理が開始される。
After setting the drive pulse width in S140, a control signal is output to the
以上によって、本発明の実施形態に係る微小流量液体ポンプ制御装置1によれば、液相の圧力に基づいて電磁駆動式ポンプ2の駆動コイル6の駆動周波数及び駆動パルス幅を制御することによって、微小流量であっても高い精度で制御を行うことができる。また、電磁駆動式ポンプ2を適用することによってコストを低減することもできる。以上によって、コストを抑えると共に微小流量の制御を高い精度で行うことができる。
By the above, according to the micro flow rate liquid
ここで、図3に示した例に係る制御方法で電磁駆動式ポンプを制御した場合の実施例について説明する。本実施例では、表4に示す目標流量を得るための駆動周波数及び駆動パルス幅を図3に示した制御方法で設定し、電磁駆動式ポンプを駆動させて図4に示す評価装置30で流量を測定した結果について説明する。なお、実際の運転では電磁駆動式ポンプの駆動中に圧力が変動するが、本測定では、圧力に基づいて設定した駆動周波数及び駆動パルス幅の適正を検証するために、圧力弁を調整して圧力を所定の値に保った状態で流量を測定した。表4では、「駆動周波数」と「駆動パルス幅」の欄にはそれぞれ「目標流量」と「圧力」の欄に示した値を入力値として計算した場合の設定値が記載されている。また、条件群1に係る測定は主に微小流量における流量制御の精度を検証するためになされており、条件群2に係る測定は条件群1に比して流量が大きく圧力の変動の幅が大きくなる流量範囲において、圧力が変動しても本発明の制御方法で精度よく流量制御ができることを検証するためになされている。条件群2では、各目標流量に対して想定される最低圧力と最高圧力のそれぞれについて測定している。なお、実施例においてはポンプごとの製造誤差などを考慮して4台の電磁駆動式ポンプについて同条件で測定を行い、各データをそれぞれ実施例1、実施例2、実施例3、実施例4とする。
Here, an embodiment when the electromagnetically driven pump is controlled by the control method according to the example shown in FIG. 3 will be described. In the present embodiment, the driving frequency and the driving pulse width for obtaining the target flow rate shown in Table 4 are set by the control method shown in FIG. 3, and the electromagnetic drive pump is driven and the
表4の条件群1における測定結果を図5(a)に示し、条件群2における測定結果を図5(b)に示す。図5においては、横軸を測定した測定流量とし、縦軸を各測定流量の目標流量に対する誤差としている。図5(a)に示すように、実施例1〜4の何れにおいても全ての流量について目標流量との誤差が±5%以内におさまっており、微小流量範囲においても精度の高い流量制御ができることが理解される。また、図5(b)に示すように、所定の目標流量における最低圧力及び最高圧力を設定して測定した場合でも、全ての流量について目標流量に対する誤差が±7%以内におさまっていることから、圧力に変動があったとしても精度の高い流量制御ができることが理解される。従って、運転中の圧力変動が大きくなった場合であっても、圧力センサの計測値に従って新たに駆動周波数及び駆動パルス幅を設定することによって精度よく流量制御できることが理解される。
The measurement results in
次に、比較例について説明する。一般的に燃料電池システムに用いられている流量測定器Bの保証精度及びその流量測定器Bよりも更に精度のよい流量測定器Aの保証精度を表5に示す。 Next, a comparative example will be described. Table 5 shows the guaranteed accuracy of the flow rate measuring device B generally used in the fuel cell system and the guaranteed accuracy of the flow rate measuring device A that is more accurate than the flow rate measuring device B.
表5に示すように、精度の高い流量測定器Aであっても低流量時の精度は±10%RD(測定値の±10%)しか保証されておらず、特に1g/min以下の微小流量については測定保障外とされている。更に、流量測定器Aについて、測定保証外とされている流量範囲における精度を検証し、その結果を表6に示す。 As shown in Table 5, even with a high-precision flow rate measuring device A, the accuracy at low flow rate is guaranteed only ± 10% RD (± 10% of the measured value), and is particularly small at 1 g / min or less. The flow rate is not guaranteed. Furthermore, with respect to the flow rate measuring device A, the accuracy in the flow rate range outside the measurement guarantee is verified, and the result is shown in Table 6.
表6から分かるように、0.5g/minの低流量時では誤差が大幅に大きくなってしまうことが理解される。従って、このように誤差が大きくなってしまう流量測定器の測定結果を用いて微小流量範囲において流量制御を精度よく行うことができないことは明らかである。 As can be seen from Table 6, it is understood that the error is greatly increased at a low flow rate of 0.5 g / min. Therefore, it is apparent that the flow rate cannot be accurately controlled in the minute flow rate range using the measurement result of the flow rate measuring device in which the error becomes large.
本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the above-described embodiment.
本実施形態においては、圧力センサで液相の圧力を取得していたが、これに代えて、予測することによって圧力を取得してもよい。具体的には、予め温度などの使用環境と圧力との関係を測定してデータテーブルを作成しておき、電磁駆動式ポンプの運転時においては、使用環境をデータテーブルに照会させることによって圧力を予測し、その圧力値を入力してもよい。これによって、新たに圧力センサを取り付けて部品点数を増やすことなく電磁駆動式ポンプを制御することができる。なお、圧力センサによる取得と予測による取得の両方を行ってもよく、例えば、使用環境が安定している状態では予測のみを行い、使用環境が急激に変化して予測が難しくなる状況では圧力センサに切り替えてもよい。 In the present embodiment, the pressure of the liquid phase is acquired by the pressure sensor, but instead of this, the pressure may be acquired by prediction. Specifically, a data table is created by measuring the relationship between the usage environment such as temperature and pressure in advance, and when operating the electromagnetically driven pump, the pressure is determined by referring the usage environment to the data table. It is possible to predict and input the pressure value. This makes it possible to control the electromagnetically driven pump without newly attaching a pressure sensor and increasing the number of parts. Note that both acquisition by the pressure sensor and acquisition by prediction may be performed. For example, in a state where the use environment is stable, only prediction is performed, and in a situation where the use environment changes rapidly and prediction is difficult, the pressure sensor You may switch to.
1…微小流量液体ポンプ制御装置、2…電磁駆動式ポンプ、3…圧力センサ、6…駆動コイル。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
液相の圧力に基づいて前記駆動周波数及び前記パルス幅を制御し、
前記送液流量を前記圧力の範囲ごとに複数の区間に分割し、それぞれの前記区間において前記送液流量が前記圧力に従って直線的に変化すると仮定して制御を行うことを特徴とする微小流量液体ポンプ制御装置。 A micro flow rate liquid pump control device that changes a flow rate by controlling a drive frequency and a drive pulse width of a drive coil of an electromagnetically driven pump,
Controlling the driving frequency and the pulse width based on the pressure of the liquid phase ;
The liquid flow rate is divided into a plurality of sections for each pressure range, and the control is performed on the assumption that the liquid flow rate varies linearly according to the pressure in each of the sections. Pump control device.
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