JPWO2013121462A1 - ポンプ装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外気温度に依存せずに吐出流量を安定させることができるポンプ装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】上記ポンプ装置の制御方法は、ポンプ本体の吐出口から基準流量のガスが吐出する回転速度でモータを駆動するための駆動信号を出力し、前記ポンプ本体に取り付けられた温度センサによって、前記吐出口から吐出されるガスの温度又は前記ポンプ本体の温度を測定し、前記温度センサの出力に含まれる前記ガスの温度に関連する温度信号に基づいて前記吐出口から吐出される前記ガスの実流量を演算し、前記実流量が前記基準流量と一致するように前記駆動信号を補正し、補正された駆動信号を前記モータへ出力する。【選択図】図６

Description

本発明は、例えば昇圧ブロワあるいは昇圧ポンプとして用いられるポンプ装置及びその制御方法に関する。

燃料ガスや酸素等の気体を所望の圧力に上昇させる機器として、昇圧ブロワあるいは昇圧ポンプと称されるポンプ装置が広く知られている。この種のポンプ装置には、ルーツポンプやダイアフラムポンプ等が用いられており、例えば下記特許文献１には、燃料電池システムにおける燃料ガスの昇圧ブロワとして用いられるダイアフラムポンプが記載されている。

上記ポンプ装置を燃料電池システムに使用する際、流量を安定させるためにポンプ吐出側に流量検出器を設け、この流量検出器の検出信号を利用してポンプのモータを制御する方法が一般的である。しかし、流量検出器はコストがかかるとともに、低流量運転時に脈動の影響により正しい流量が検出できず、ポンプの運転を安定に制御できない。

そこで特許文献２には、外気温度を検出し、検出された温度に基づきポンプの回転速度を補正する燃料電池システムが記載されている。これにより流量検出器を使用せずに、ブロワの運転を制御可能としている。

特開２００９−４７０８４号公報 特開２００７−２３４４４３号公報

しかしながら、外気温度に基づいたポンプの吐出流量制御においては、モータ回転速度を一定として外気温度を変化させたとき、温度の変化量（時間変化率）によって吐出流量に大きなバラツキが生じてしまうことが、本発明者らの実験によって明らかとなった。すなわち外気温度に基づくポンプの運転制御では、高い再現性をもって吐出流量を安定させることが困難であるという問題がある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、外気温度に依存せずに吐出流量を安定させることができるポンプ装置及びその制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るポンプ装置は、ポンプ本体と、温度センサと、コントローラとを具備する。
上記ポンプ本体は、吸入口と、吐出口と、ポンプ室と、可動部材と、駆動部とを有する。上記ポンプ室は、上記吸入口と上記吐出口と各々連通可能である。上記可動部材は、上記ポンプ室へのガスの吸入と上記ポンプ室からのガスの排出とを交互に行う。上記駆動部は、上記可動部材を駆動し、回転速度に応じて上記吐出口から吐出されるガスの流量を変化させることが可能なモータを含む。
上記温度センサは、上記ポンプ本体に取り付けられ、上記吐出口から吐出されるガスの温度又は上記ポンプ本体の温度を測定し、上記ガスの温度に関連する情報を含む温度信号を出力する。
上記コントローラは、入力部と、演算部と、出力部とを有する。上記入力部は、上記吐出口から吐出される上記ガスの基準流量を指定する外部信号が入力される。上記演算部は、上記温度信号に基づいて上記吐出口から吐出される上記ガスの実流量を演算する。上記出力部は、上記実流量が上記基準流量と一致するように上記モータの回転速度を補正する補正信号を出力する。

また本発明の一形態に係るポンプ装置の制御方法は、ポンプ本体の吐出口から基準流量のガスが吐出する回転速度でモータを駆動するための駆動信号を出力することを含む。
上記ポンプ本体に取り付けられた温度センサによって、上記吐出口から吐出されるガスの温度又は上記ポンプ本体の温度が測定される。
上記温度センサの出力に含まれる上記ガスの温度に関連する温度信号に基づいて上記吐出口から吐出される前記ガスの実流量が演算される。
上記実流量が上記基準流量と一致するように上記基準回転速度が補正され、補正された回転速度信号が上記モータへ出力される。

本発明の一実施形態に係るポンプ装置が適用されるポンプシステムの概略図である。 上記ポンプ装置の構成を示す縦断面図である。 雰囲気温度に基づいた回転速度制御によってポンプを運転したときの流量変化の様子を示す一実験結果である。 モータ表面温度に基づいた回転速度制御によってポンプを運転したときの流量変化の様子を示す一実験結果である。 上記ポンプ装置の要部の構成を示すブロック図である。 上記ポンプ装置の制御方法を説明するフローチャートである。 上記ポンプ装置の制御方法を説明する要部のフローチャートである。 上記ポンプ装置の作用を説明する一実験結果である。 上記ポンプ装置の作用を説明する一実験結果である。 補正係数の導出方法を説明するための、モータ回転速度変化の評価結果を示す図である。 補正係数の導出方法を説明するための、モータ回転速度変化の評価結果を示す図である。 補正係数として用いられる近似関数を示す図である。 上記ポンプ装置の作用を説明する一実験結果である。 本発明の第２の実施形態に係るポンプ装置の構成を示す縦断面図である。 上記ポンプ装置に適用される弁機構の構成を示す断面斜視図である。 上記弁機構の縦断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るポンプ装置に適用される弁機構の構成を示す断面斜視図である。 上記ポンプ装置の吐出弁の構成を示す要部の縦断面図であり、（Ａ）はポンプ停止時の状態を示し、（Ｂ）はポンプ運転時の状態を示している。 （Ａ），（Ｂ）ともに上記ポンプ装置の吸入弁の構成例を示す要部の縦断面図である。 上記ポンプ装置の流量特性を比較例に係るポンプ装置の流量特性と比較して示す一実験結果である。

本発明の一実施形態に係るポンプ装置は、ポンプ本体と、温度センサと、コントローラとを具備する。
上記ポンプ本体は、吸入口と、吐出口と、ポンプ室と、可動部材と、駆動部とを有する。上記ポンプ室は、上記吸入口と上記吐出口と各々連通可能である。上記可動部材は、上記ポンプ室へのガスの吸入と上記ポンプ室からのガスの排出とを交互に行う。上記駆動部は、上記可動部材を駆動し、回転速度に応じて上記吐出口から吐出されるガスの流量を変化させることが可能なモータを含む。
上記温度センサは、上記ポンプ本体に取り付けられ、上記吐出口から吐出されるガスの温度又は上記ポンプ本体の温度を測定し、上記ガスの温度に関連する情報を含む温度信号を出力する。
上記コントローラは、入力部と、演算部と、出力部とを有する。上記入力部は、上記吐出口から吐出される上記ガスの基準流量を指定する外部信号が入力される。上記演算部は、上記温度信号に基づいて上記吐出口から吐出される上記ガスの実流量を演算する。上記出力部は、上記実流量が上記基準流量と一致するように上記モータの回転速度を補正する補正信号を出力する。

上記ポンプ装置において、可動部材は、ポンプ室の容積を周期的に変化させることで、ポンプ室へのガスの吸入とポンプ室からのガスの排出とを交互に行う。ガスの種類は特に限定されず、酸素や炭化水素系ガスなど、用途に応じた種々の気体が適用可能である。吸入口からポンプ室へ導入されたガスは、ポンプ室において可動部材により昇圧されて吐出口から吐出される。可動部材はモータにより駆動され、吐出されるガスの流量は、モータの回転速度あるいは回転数によって制御される。以上の動作が繰り返されることで、吐出口から所定圧力のガスが所定流量で吐出される。

コントローラは、吐出口から基準流量のガスが吐出する回転速度でモータを駆動する。吐出口から吐出されるガスの流量は温度依存性を有し、例えば温度が高くなるほど密度が低下するため、流量は減少する。そこで上記コントローラは、ポンプ本体に取り付けられた温度センサによって吐出口から吐出されるガスの温度を測定し、その測定値に基づいて実際の流量を演算する。そして、演算された実流量が基準流量と一致するようにモータの回転速度を補正し、その補正された回転速度でモータを駆動する。

上記ポンプ装置においては、吐出ガスの温度に基づいてモータの駆動回転速度を補正するようにしているため、雰囲気温度あるいは外気温度に基づいてモータの駆動回転速度を補正する場合と比較して、外気温度の変化量に依存せずに、ガスの吐出流量を安定かつ高精度に制御することができる。

温度センサは、吐出ガスの温度に関連する温度信号を出力する。温度センサは、吐出口から吐出されるガスの温度を直接測定する場合に限られず、ポンプ本体の特定部位の温度を測定しその測定値をガスの温度とみなしてもよい。すなわちポンプ本体から吐出されるガスの温度は、外気温度よりもポンプ本体の温度に強い相関を有することが確認されており、ポンプ本体の温度をガス温度（擬似温度）として取り扱った場合でも吐出ガスの流量制御を高い再現性をもって実現することできる。これにより温度センサの取付け位置の自由度が高まり、ガスの流れを阻害することなくガス温度を把握することができる。

一実施形態として、温度センサはモータに取り付けられる。ポンプ本体の温度はモータの発熱温度で決まる場合が多いため、例えばモータの表面あるいはその近傍の温度を測定することでガスの擬似温度を取得することができる。あるいは、温度センサはポンプ室に設置されてもよい。この構成によりポンプ室内のガスの温度を取得できるため、精度の高い流量制御が可能となる。

上記コントローラは、記憶部をさらに有してもよい。上記記憶部は、予め取得された上記ポンプ本体の温度特性を含む補正係数を記憶する。この場合、上記演算部は、上記温度信号に基づいて算出されるガス流量に上記補正係数を乗じることで上記ガスの実流量を演算する。
ポンプ本体の温度特性を考慮した補正を加えることで、ポンプ本体から吐出されるガスの流量を更に高精度に制御することができる。

ポンプ本体の温度特性としては、例えばポンプ本体あるいはその構成部品の熱変化による吐出流量の変化が含まれる。また、補正係数には、さらにポンプ本体あるいはその構成部品の経時変化や、ポンプ本体の有する個体差バラツキ等が含まれてもよい。

上記補正係数は、第１の温度から上記第１の温度よりも高い第２の温度までにおける上記温度特性の近似関数であってもよい。この場合、上記近似関数は、上記第１の温度と、上記第１の温度よりも高く上記第２の温度よりも低い第３の温度との間において上記モータの回転速度を上昇させる補正信号を生成する。
これにより、第１の温度と第３の温度との間におけるガスの流量特性を、第３の温度と第２の温度との間におけるガスの流量特性と対応させることができ、第１の温度から第２の温度にわたって流量と回転速度との間に線形的な相関をもたせることができる。

上記ポンプ装置は、第１の弁と、第２の弁と、第３の弁とをさらに具備してもよい。
上記第１の弁は、上記吸入口と上記ポンプ室との間に取り付けられ、上記吸入口から上記ポンプ室へのガスの流れを許容する。
上記第２の弁は、上記ポンプ室と上記吐出口との間に取り付けられ、上記ポンプ室のガスの圧力が第１の圧力以上である場合に上記ポンプ室から上記吐出口への上記ガスの流れを許容する。
上記第３の弁は、上記ポンプ本体に取り付けられ、上記吸入口と上記吐出口との間のガスの圧力が上記第１の圧力よりも大きい第２の圧力以下の場合に上記吸入口から上記吐出口へ向かう上記ガスの流れを制限する。

上記ポンプ装置によれば、例えば運転停止時に吸入口から第１の圧力以上、第２の圧力以下の圧力を有するガスがポンプ室へ導入された場合でも、第３の弁によりガスの流れが阻害され、吐出口からのガスの吐出が制限される。これにより運転停止時におけるガスの不用意な吐出が抑制される。

上記第２の圧力は適宜設定可能であり、例えば、吸入口に導入されるガスの圧力、あるいは、運転停止状態で吐出されるガスの許容流量等を基準として設定される。「流れを制限する」には、「流れを遮断する」という意味と、「流れを遮断せずともその流量を低下させる」という意味とが含まれる。

本発明の一実施形態に係るポンプ装置の制御方法は、ポンプ本体の吐出口から基準流量のガスが吐出する回転速度でモータを駆動するための駆動信号を出力することを含む。
上記ポンプ本体に取り付けられた温度センサによって、上記吐出口から吐出されるガスの温度又は上記ポンプ本体の温度が測定される。
上記温度センサの出力に含まれる上記ガスの温度に関連する温度信号に基づいて上記吐出口から吐出される前記ガスの実流量が演算される。
上記実流量が上記基準流量と一致するように上記基準回転速度が補正され、補正された回転速度信号が上記モータへ出力される。

上記ポンプ装置の制御方法においては、吐出ガスの温度に基づいてモータの駆動回転速度を補正するようにしているため、雰囲気温度あるいは外気温度に基づいてモータの駆動回転速度を補正する場合と比較して、外気温度の変化量に依存せずに、ガスの吐出流量を安定かつ高精度に制御することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係るポンプシステムを示す図である。本実施形態のポンプシステム１は、圧力源２と、ポンプ装置３と、処理部４と、制御部５とを有する。

圧力源２はポンプ装置３の吸入側（一次側）に接続され、処理部４はポンプ装置３の吐出側（二次側）に接続される。圧力源２は、所定圧の流体を収容するタンク、ボンベ等の容器でもよいし、コンプレッサ等の圧力発生源であってもよい。ポンプ装置３は、圧力源２から導入される圧力Ｐ１の流体を所定の圧力Ｐ２に高め、所定の流量で処理部４へ供給する昇圧ブロワあるいは昇圧ポンプとして機能する。処理部４は、ポンプ装置３から供給された流体を処理し、エネルギーや動力等を生成する。制御部５は、ポンプ装置３及び処理部４を含むシステム全体を制御する。

ポンプシステム１は、例えば燃料電池システムに適用される。この場合、圧力源２は、燃料タンクに相当し、ポンプ装置３は燃料ガス（例えば都市ガス（メタン）、ＬＰＧ（液化プロパンガス））を昇圧して処理部４へ供給する。処理部４には、燃料ガスを水素に転換する改質器、水素を蓄える燃料電池、水素と酸素を反応させる発電部等が含まれる。

［ポンプ装置］
次に、図２を参照してポンプ装置３の詳細を説明する。図２は、ポンプ装置３の構造を示す断面図である。本実施形態においてポンプ装置３は、ダイアフラムポンプで構成される。

（ポンプ本体）
ポンプ装置３は、金属製のケーシング１０と、駆動部２０と、可動部材３０と、コントローラ５０とを有する。ケーシング１０、駆動部２０及び可動部材３０は、ポンプ装置３のポンプ本体を構成する。本実施形態においてコントローラ５０は上記ポンプ本体に取り付けられるが、これに限られず、上記ポンプ本体の外部に備えられていてもよい。

ケーシング１０は、ポンプ本体１１と、ポンプヘッド１２と、ポンプヘッドカバー１３とを有する。駆動部２０は、モータ２１と、モータケース２２とを有する。

ポンプ本体１１は、ケーシング１０の内部に、可動部材３０を収容する動作空間１０５を形成する。可動部材３０は、ダイアフラム３１と、ダイアフラム３１に固定された固定具３２と、固定具３２をモータ２１に連結するコネクティングロッド３３とを有する。

ダイアフラム３１は、円盤形状のゴム材料で形成されており、その周縁部がポンプ本体１１とポンプヘッド１２との間に挟持されている。固定具３２は、ダイアフラム３１の中央部に固定されており、ダイアフラム３１を上下から挟むように組み付けられた複数の部品で構成されている。コネクティングロッド３３は、ダイアフラム３１の中心部を貫通するように固定具３２と一体化される。コネクティングロッド３３は、軸受３４を介して、モータ２１の回転軸２１０に取り付けられた偏心カム３５の周面に連結される。

ポンプヘッド１２は、吸入口１０１と、吐出口１０２とを有し、環状の台座１１０の上面に配置されている。台座１１０は、ポンプ本体１１の上部の開口端部に取り付けられ、ポンプヘッド１２と共にダイアフラム３１の周縁部を挟持する。ポンプヘッド１２は、ダイアフラム３１との間にポンプ室１００を形成する。

ポンプヘッド１２は、吸入口１０１とポンプ室１００との間を連絡する吸入通路Ｔ１と、ポンプ室１００と吐出口１０２との間を連絡する吐出通路Ｔ２とをそれぞれ有する。ポンプ室１００は、吸入通路Ｔ１及び吐出通路Ｔ２を介して、吸入口１０１及び吐出口１０２にそれぞれ連通可能である。吸入通路Ｔ１及び吐出通路Ｔ２には、吸入弁４１（第１の弁）及び吐出弁４２（第２の弁）がそれぞれ取り付けられている。

吸入弁４１は、吸入通路Ｔ１を形成する吸入孔ｈ１を閉塞するようにポンプヘッド１２に取り付けられる。吸入弁４１は、ポンプ室１００に臨む吸入孔ｈ１の端部に取り付けられたリード弁を有し、吸入口１０１からポンプ室１００へ向かう流体の流れを許容する。吸入弁４１の開弁圧（吸入弁４１の開放に必要な最低圧力）は特に限定されず、ポンプ装置の動作時にポンプ室１００へ所定流量のガスが導入される程度の開弁圧を有していればよい。

一方、吐出弁４２は、吐出通路Ｔ２を形成する吐出孔ｈ２を閉塞するようにポンプヘッド１２に取り付けられる。吐出弁４２は、ポンプ室１００とは反対側の吐出孔ｈ２の端部に取り付けられたリード弁を有し、ポンプ室１００から吐出口１０２へ向かう流体の流れを許容する。吐出弁４２の開弁圧（吐出弁４２の開放に必要な最低圧力）は特に限定されず、目的とする吐出圧力が得られる圧力に設定され、本実施形態では吸入弁４１の開弁圧よりも大きな圧力（第１の圧力）に設定される。

ポンプヘッドカバー１３は、ポンプヘッド１２の上部に取り付けられる。吸入通路Ｔ１及び吐出通路Ｔ２は、ポンプヘッド１２とポンプヘッドカバー１３とが組み合わされることでそれぞれ形成される。ポンプ本体１１、ポンプヘッド１２及びポンプヘッドカバー１３は、複数本のネジ部材Ｂを用いて一体的に固定される。

モータ２１は、回転速度制御が可能な直流ブラシレスモータで構成され、円筒状のモータケース２２の内部に収容される。モータ２１は、回転軸２１０と、ステータ２１１と、ロータ２１２とを有する。ステータ２１１はモータケース２２の内面に固定され、ロータ２１２は回転軸２１０の周囲に固定されている。回転軸２１０は、軸受２３，２４を介してモータケース２２に支持されており、その先端部には偏心カム３５の回転中心に取り付けられている。

偏心カム３５は、その回転中心が軸受３４のインナレースに対して偏心するように形成されている。従ってモータ２１の駆動により回転軸２１０がその軸回りに回転すると、偏心カム３５が回転軸２１０と共に回転することで、可動部材３０が動作空間１０５の内部において上下方向に往復移動する。これにより、ポンプ室１００の容積が周期的に変化し、所定のポンプ機能が得られることになる。可動部材３０の往復移動量（ストローク量）は、偏心カム３５の偏心量によって決定される。

（コントローラ）
コントローラ５０は、駆動部２０のモータケース２２の内部に配置される。コントローラ５０は、ＩＣチップ等の各種電子部品を有し、制御部５及びモータ２１と電気的に接続された配線基板で構成される。コントローラ５０は、制御部５から入力される制御信号（Vsp）を受けて、モータ２１を駆動する。

一般にダイアフラムポンプのガスの吐出流量（NL/min）は、モータの回転速度の変化に対して直線的に変化する。このためガスの温度が一定の場合においては、モータの回転速度を制御することで安定した流量を得ることができる。上記制御信号（Vsp）は、基準温度（２０℃）におけるガス密度に基づいて算出された流量（以下、基準流量という。）を得るためのモータ回転速度（以下、基準回転速度という。）を指定する。基準回転速度は、制御信号（Vsp）の電圧値で調整される。

一方、雰囲気の温度変化があると、制御信号（Vsp）が同一でも流量が変化するという問題がある。例えば温度が高くなると、ボイル・シャルルの法則に従い、気体密度は小さくなる。ダイアフラムポンプは、一定の容積のガスを吸入し圧縮する構造であることから、吸入するガスの密度が小さくなれば、吐出流量は低下する。従って、目的の流量を得るためには、モータの回転速度（回転数）を高めなければならないことになる。

このような現象の解決策として、雰囲気温度を検出し、この温度に応じて制御信号（Vsp）のオフセット値を変更する方法が知られている。しかしながらこの方法では、雰囲気の温度変化の速度によっては、ガス温度が雰囲気温度に追従せずに、安定した流量制御が困難であるということが、実験によって確認されている（図３）。

そこで本実施形態のポンプ装置３は、駆動部２０の温度を測定する温度センサ６１を有する。温度センサ６１は、コントローラ５０の上に搭載されているが、これに限られず、モータケース２２等に直接取り付けられてもよい。温度センサ６１は、駆動部２０の温度を測定し、その測定結果をコントローラ５０へ出力する。温度センサ６１には、サーミスタや熱電対等の測温素子が用いられる。

温度センサ６１の測定対象は、モータケース２２の内部温度すなわちモータ２１の温度である。ポンプ装置３のケーシング１０は金属製であり、ケーシング１０の温度はモータ２１の温度の影響を受ける。一方、吸入口１０１から吸入され吐出口１０２から吐出されるガスは、ケーシング１０からの熱を受ける。このため、吐出口１０２から吐出されるガスの温度は、ケーシング１０の温度とみなすことができる。このように本実施形態の温度センサ６１は、駆動部２０の温度を測定することで、吐出ガスの温度に関連する温度信号を出力する。

図３は、雰囲気温度を異なる速度で変化させたときの、雰囲気温度とガスの吐出流量との関係を示す。実験では、モータの回転速度を一定にし、雰囲気温度を−１５℃から７５℃までゆっくり（7.5h）上昇及び下降させたときと、早く（3h）上昇及び下降させたときの流量変化を示している。流量は、以下の密度変化式（(1)式）を用いて算出した。
Ｑ_T＝Ｑ_T0（２７３＋Ｔ₀）／（２７３＋Ｔ） …(1)
ここで、Ｑ_Tは温度Ｔでの流量[NL/min]、Ｑ_T0は基準温度Ｔ₀での流量[NL/min]、Ｔは雰囲気温度[℃]、Ｔ₀は基準温度（２０℃）である。

図３に示すように、雰囲気温度に基づいて吐出流量を算出する方法では、雰囲気温度の変化の速度によって流量に大きなバラツキが発生している。これでは、温度変化に応じた流量を再現性高く取得することができず、安定した流量制御は不可能である。

一方、図４は、雰囲気温度を異なる速度で変化させたときの、モータの表面温度とガスの吐出流量との関係を示す。モータ回転速度及び雰囲気温度の変化速度は、図３に示した実験と同一とした。流量は、以下の密度変化式（(2)式）を用いて算出した。
Ｑt＝Ｑ_T0（２７３＋Ｔ₀）／（２７３＋ｔ） …(2)
ここで、Ｑtは温度ｔでの流量[NL/min]、Ｑ_T0は基準温度Ｔ₀での流量[NL/min]、ｔはモータ表面温度[℃]、Ｔ₀は基準温度（２０℃）である。

図４に示すように、モータの表面温度に基づいて吐出流量を算出する方法によれば、雰囲気温度の変化の速度に依存せず、高い再現性でガス流量を取得することができる。この結果は、雰囲気温度変化に対する流量変化よりもモータ表面温度に対する流量変化の方が高い相関を示すことを示唆している。したがってモータ表面温度に基づいてモータの駆動を制御することで、目的とする吐出流量でポンプを安定に運転することが可能となる。

図５は、コントローラ５０の構成を示すブロック図である。

コントローラ５０は、第１の入力端子５１と、第２の入力端子５２と、第３の入力端子５３と、出力部５４とを有する。第１の入力端子５１は、外部（制御部５）から制御信号（Vsp）が入力される。第２の入力端子５２は、温度センサ６１からの出力信号が入力される。第３の入力端子５３は、回転センサ６２からの出力信号が入力される。出力部５４は、モータ２１へ駆動信号を出力する。

コントローラ５０は、制御信号（Vsp）を受けてモータ２１を駆動し、制御信号（Vsp）に対応する基準流量のガスを吐出口１０２から吐出させる。コントローラ５０は、回転センサ６２の出力に基づいてモータ２１の回転速度をモニタする。回転センサ６２は、モータケース２２の内部に取り付けられ、モータ２１の回転軸２１０の回転速度を測定する。回転センサ６２には、例えばロータリエンコーダ等が用いられる。

コントローラ５０はさらに、温度センサ６１の出力に基づいて、上記(2)式によりガスの吐出流量を算出するＣＰＵ５５（演算部）と、適宜の補正係数を記憶するメモリ５６（記憶部）とを有する。ＣＰＵ５５は、温度センサ６１の出力に基づいて吐出口１０２から吐出されるガスの実流量を演算する。そして、演算された実流量が上記基準流量と一致するようにモータ２１の回転速度を補正する補正信号を生成し、その補正信号を駆動信号（Vsp’）として出力する。

ＣＰＵ５５は、１チップで構成されてもよいし、複数チップで構成されてもよい。コントローラ５０は例えば、制御用のマイクロプロセッサと、モータ２１を駆動するドライバＩＣとで構成することができる。

［ポンプ装置の動作］
次に、以上のように構成されるポンプ装置３の典型的な動作例を説明する。図６は、ポンプ装置３の制御フローである。

ポンプ装置３は、制御部５から制御信号（Vsp）が入力されることでモータ２１を基準回転速度で起動する（ステップ１，２）。制御部５は、ポンプ装置３から処理部４へ供給される燃料ガスの吐出流量を上記基準回転速度に対応する基準流量に維持することで、ポンプシステム１を正常に稼動させる。

モータ２１は、回転軸２１０を介して偏心カム３５を回転させ、可動部材３０を動作空間１０５において所定ストロークで往復移動させる。これにより、ポンプ室１００を区画するダイアフラム３１が上下移動し、ポンプ室１００の容積が周期的に変化する。

可動部材３０は、ポンプ室１００の容積を周期的に変化させ、ポンプ室１００へのガスの吸入とポンプ室１００からのガスの排出を交互に行う。すなわち、吸入口１０１に接続された圧力源２から吸入弁４１を介して、圧力Ｐ１（例えば2kPa（ゲージ圧））の燃料ガスがポンプ室１００へ導入される。ポンプ室１００へ導入された燃料ガスは、ポンプ室１００において可動部材により圧縮されることで昇圧され、吐出弁４２を開放させる。以上の動作が繰り返されることで、吐出口１０２から処理部４へ圧力Ｐ２（例えば15kPa（ゲージ圧））の燃料ガスが吐出される。

ポンプ装置３の起動時、コントローラ５０は、制御信号（Vsp）を駆動信号としてモータ２１へ出力する。制御信号（Vsp）は、基準温度（２０℃）下でのガス密度で算出された流量を基準とする回転速度指定信号であり、吐出口１０２から吐出されるガスの温度が基準温度である場合は、制御信号（Vsp）で指定される回転速度（基準回転速度）に対応する吐出流量（基準流量）で、ガスが吐出されることになる。

一方、ガス温度が基準温度と異なると、これらの温度差に応じて吐出流量が図４に示したように変化する。そこでコントローラ５０は、実際の吐出流量を演算するために温度センサ６１からモータ２１の表面温度を取得する（ステップ３）。上述のように、モータ２１の表面温度はガスの流量変化に強い相関を有するため、本実施形態ではモータ表面温度をガス温度とみなして実際に吐出されているガスの流量（実流量）を演算により求める。実流量の算出には、上記(2)式が用いられる。そしてコントローラ５０は、演算された実流量が基準流量と一致するようにモータ２１の回転速度を補正した補正信号（Vsp’）を生成し、その補正された回転速度でモータを駆動する（ステップ４，５）。

コントローラ５０は、ステップ３〜ステップ５を繰り返すことで、ポンプ装置３の吐出流量を基準流量に維持する。なお制御信号（Vsp）が変化した場合は、上述と同様な処理でステップ１〜５が実行される。

図７は、補正信号（Vsp’）の生成の詳細を示す工程フローである。

補正信号（Vsp’）の生成に際して、コントローラ５０のＣＰＵ５５は、温度センサ６１の出力に基づいて検出されたモータ表面温度（ｔ）に基づいて、上記(2)式により密度変化量Ｄ(t)を算出する（ステップ４０１）。次に、ＣＰＵ５５は、メモリ５６から上記温度ｔに対応する補正係数Ｃ(t)を取得する（ステップ４０２）。続いてＣＰＵ５５は、基準流量（Ｑ_T0）に密度変化量Ｄ(t)及び補正係数Ｃ(t)をそれぞれ乗じることで、温度補正された基準流量（実流量）Ｑtを算出する（ステップ４０３）。そしてＣＰＵ５５は、回転センサ６２よりモータ２１の回転速度と、実流量Ｑtに対応する回転速度とを相互に比較し、実流量Ｑtを基準流量Ｑ_T0と一致させるための補正信号（Vsp’）を生成する（ステップ４０４）。

補正係数Ｃ(t)は、ポンプ本体の温度特性に起因する吐出流量の変化を補正するためのものである。上記温度特性には、ケーシング１０の熱変形、ダイアフラム３１の経時劣化、モータ２１の熱特性等が含まれる。実流量Ｑtの算出に際して補正係数Ｃ(t)の乗算は必ずしも必須ではないが、補正係数Ｃ(t)を乗じることで、低温領域から高温領域にわたり安定した流量でポンプを運転することができる。

ここで、補正係数Ｃ(t)を用いずに、Ｑt＝Ｑ_T0×Ｄ(t)に基づいて生成された補正信号によりポンプ装置を運転したときの吐出流量及びモータ回転速度の雰囲気温度依存性を図８及び図９にそれぞれ示す。

図８はモータ回転速度を一定にして雰囲気温度を−１５℃から７５℃まで変化させたときの流量変化を示している。グラフの横軸は、モータ表面温度である。縦軸の流量は、ポンプの吐出側に設置した流量計の測定値（任意単位）である。比較のため、密度変化式（(2)式）で算出した理論上の流量を破線で示す。一方、図９は、吐出流量を一定にして雰囲気温度を−１５℃から７５℃まで変化させたときのモータ回転速度変化を示している。流量計の値を入力して流量が一定となるようにモータの回転速度を制御した。図中破線は、密度変化式（(2)式）で算出される流量を得るための理論上の回転速度である。

図８及び図９に示すように、１５℃以上６０℃以下の温度領域（領域Ａ）では、ポンプの吐出流量及びモータ回転速度は理論値とほぼ一致し、補正係数Ｃ(t)を用いずとも再現性の高い流量制御が実現可能であることがわかる。これに対して−１０℃以上１５℃以下の温度領域（領域Ｂ）では吐出流量及びモータ回転速度が理論値よりも外れ、低温になるほど理論値から遠ざかる傾向にある。

密度変化量Ｄ(t)に基づく流量の温度補正が領域Ｂにおいて理論値から外れる理由は、ポンプ本体（ケーシング１０、駆動部２０、可動部材３０）のもつ温度特性が強く関連しているものと考えられる。上記温度特性には、例えば吸入弁４１、吐出弁４２、ダイアフラム３１等のゴム製部品の温度による弾性変化やモータ２１自体の有する温度特性、さらには温度センサ６１やコントローラ５０を構成する半導体部品のもつ温度特性等が含まれる。

本実施形態では、これらポンプ本体の温度特性を予め取得しておき、温度の関数として補正係数Ｃ(t)を求める。そして以下の(3)式に示すように、これを密度変化量Ｄ(t)と共に基準流量（Ｑ_T0）に乗じることで、実流量（Ｑt）を算出する。
Ｑt＝Ｑ_T0×Ｃ(t)×Ｄ(t) …(3)
これにより、高温側の領域Ａだけでなく低温側の領域Ｂに対しても理論値に対応したモータの回転制御を実行することが可能となる。

補正係数Ｃ(t)は、例えば、モータ表面温度が−１０℃（第１の温度）から６０℃（第２の温度）までにおける上記温度特性の近似関数である。補正係数Ｃ(t)の導出方法を説明すると、まず図９の回転速度特性を、図１０に示すようにモータ表面温度が２０℃のときの回転速度を基準として規格化する。次に、図１１に示すようにその規格化した回転速度特性を密度変化量Ｄ(t)で除算することで、回転速度の温度関数Ｃ(t)’を求める。そして図１２に示すように、関数Ｃ(t)’の近似式を算出し、それを補正係数Ｃ(t)とする。ここでは、５次の近似式で補正係数Ｃ(t)を求めたが、近似の次数はこれに限られない。

以上のようにして導出される補正係数Ｃ(t)を用いて実流量Ｑtを演算することで、例えば−１０℃以上１５℃（第３の温度）以下の領域Ｂにおいてモータ２１の回転速度を理論値に向かって上昇させる補正信号（Vsp’）を生成することができる。これにより、−１０℃〜１５℃の間におけるガスの流量特性を、１５℃〜６０℃の間におけるガスの流量特性と対応させることができ、−１０℃から６０℃の温度範囲にわたって流量と回転速度との間に線形的な相関が得られ、安定した流量制御を実現することができる。

例えば図１３は、本実施形態のポンプ装置３の運転試験を行ったときの実験結果である。実験では、設定流量（3.4NL/min及び0.6NL/min）のガスを吐出させながら雰囲気温度をゆっくり降下させたときの流量を流量計にて測定した。図示するように、雰囲気温度に依存せず各設定流量でポンプを安定に運転することができる。なお設定流量3.4NL/minでの流量誤差は±２％（0.07NL/min）であり、設定流量0.6NL/minでの流量誤差は±５％（0.03NL/min）であった。

補正係数Ｃ(t)は、ポンプ装置３の温度特性としてメモリ５６に格納される。補正係数Ｃ(t)は、個々のポンプ装置について個々に設定されてもよいし、複数のポンプ装置に対して共通に設定されてもよい。

補正係数Ｃ(t)の温度範囲は、上述の例に限られず、ポンプ装置の使用条件に応じた適宜の温度範囲に設定可能である。

補正係数Ｃ(t)は、上述したポンプ本体の温度特性だけでなく、他のパラメータが含まれてもよい。例えばポンプ本体の個体差を補正するパラメータが、補正係数Ｃ(t)に含まれてもよい。ポンプ本体のバラツキは、ポンプを構成する各部品の寸法、組立精度のバラツキにより同じ回転速度での吐出流量のバラツキが例えば±５％の範囲で発生する場合がある。このことから、ポンプ本体の個体差は１回転当たりの吐出流量に違いを生じさせる。そこで基準となるポンプ（基準ポンプ）を決め、基準ポンプとの流量比をポンプ毎に計算し、その値を補正係数Ｃ(t)に加える。これにより個体差のバラツキによる流量の変化を抑制することができる。

また、ポンプの経時変化を補正するパラメータが補正係数Ｃ(t)に含まれてもよい。例えば、長期運転でダイアフラム、バルブ（吸入弁、吐出弁）等の硬度が変化することによって流量が変化することがある。そこで長期評価の結果から、時間で変化する流量の比を求め、その値を補正係数Ｃ(t)に加える。これにより、ポンプ装置の長期運転での流量変化を抑制し、所定の設定流量を安定して供給することができる。

＜第２の実施形態＞
図１４は本発明の第２の実施形態に係るポンプ装置の構造を示す断面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、上述の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態のポンプ装置３００は、第１の実施形態で説明したポンプ装置３に弁機構８０（第３の弁）を付加した構成を有する。ポンプ装置３００は、第１の実施形態と同様に図１に示したポンプシステム１に適用され、制御部５によりその駆動が制御される。

弁機構８０は、吐出口１０２に取り付けられ、ポンプ装置３の運転停止時におけるガスの吐出口１０２からのガスの流出を制限する機能を有する。図１５は弁機構８０の構成を示す断面斜視図、図１６はその断面図をそれぞれ示している。弁機構８０は、ゴム製の弁部材８１と、弁部材８１を収容する金属製のハウジング８２とを有する。

ハウジング８２は、ケーシング１０の吐出口１０２に接続される入口端部８２１と、処理部４に連絡する管路（図示略）に接続される出口端部８２２とを有する。入口端部８２１の周囲にはシールリング８４が装着されており、このシールリング８４によって入口端部８２１が吐出口１０２の内部に気密に取り付けられる。

ハウジング８２の内部には、入口端部８２１と出口端部８２２との間を連絡する内部通路８２３が形成されている。内部通路８２３のぼぼ中央部には、中心部とその周囲に複数の孔８３１を有する壁部８３が内部通路８２３の壁面に垂直に形成されており、これらの孔８３１を介して入口端部８２１と出口端部８２２との間が連通可能とされる。

弁部材８１は、アンブレラバルブで構成される。すなわち弁部材８１はほぼ円盤状に形成され、その中心部に形成された軸部８１１が壁部８３の中心孔に装着されることで内部通路８２３に配置される。弁部材８１の周縁部８１２は、出口端部８２２に臨む壁部８３の表面に形成された弁座８３２に弾性的に接触しており、出口端部８２２側から入口端部８２１側への流体の流れを阻止する。すなわち弁部材８１は、逆流防止弁として機能する。

一方、弁部材８１は、入口端部８２１から出口端部８２２側への順方向の流体の流れに対しては、所定の圧力以上で開弁することで当該流体の流れを許容する。この場合、弁部材８１は、図１６に示すように周縁部８１２が出口端部８２２側へ弾性変形することで弁座８３２から離間し、弁部材８１による内部通路８２３の遮断状態が解除される。また弁部材８１は、第１の圧力以上第２の圧力以下の吐出口１０２からの吐出ガス圧に応じて開度が連続的に変化するように構成されることで、吐出流量を連続的に変化させることができる。上記所定の圧力より低い流体圧の下では、周縁部８１２は弁座８３２へ着座し、内部通路８２３の遮断状態が維持される。

弁部材８１には、各種プロセスガスに対して耐性を有するゴム材料が用いられる。例えば、プロセスガスにメタンやプロパン等が用いられる場合には、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）など、メタンやプロパン等の厚み、大きさは特に限定されず、各種仕様に対応できる開弁圧を確保することができる厚み、大きさに個々に設定される。弁部材８１はアンブレラバルブに限られず、リードバルブやバタフライバルブ等の他の形態のバルブで構成されてよい。

すなわち弁部材８１の開弁圧（弁部材８１の開放に必要な最低圧力）は、少なくとも、吐出弁４２の開弁圧（第１の圧力）よりも高い圧力に設定される。そして弁部材８１は、その開弁圧よりも高い所定の圧力（第２の圧力）以下のガスの流れを制限する。

弁部材８１の開弁圧は、ポンプシステム１の圧力源２から供給されるガス圧Ｐ１を参照して決定される。本実施形態では、弁部材８１の開弁圧は、圧力源２のガス圧Ｐ１よりも高い圧力に設定される。これにより圧力源２のガス圧Ｐ１が吐出弁４２の開弁圧よりも大きい場合であっても、ポンプ装置３００の運転停止時における吐出口１０２から処理部４へのガスの流出を遮断し、処理部４へのガスの流出を確実に防止することができる。

＜第３の実施形態＞
続いて本発明の第３の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、上述の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

図１７は、本実施形態に係るポンプ装置に適用される弁機構８０Ａの構成を示す断面斜視図である。本実施形態に係るポンプ装置は、第１の実施形態と同様に図１に示したポンプシステム１に適用され、制御部５によりその駆動が制御される。

本実施形態における弁機構８０Ａ（第３の弁）は、弁部材８１に入口端部８２１と出口端部８２２との間を連通させる通孔８１ａが弁部材８１に形成されている点で、上述の第２の実施形態における弁機構８０と構成が異なる。すなわち本実施形態の弁機構８１Ａは、吐出口１０２から吐出され入口端部８２１に入力されたガスの圧力が弁部材８１の開弁圧より小さい場合でも、通孔８１ａを介して、ガスを所定流量以下（例えば０．１〜０．５NL/min）に制限しつつ処理部４側へ流出させるように構成されている。本実施形態は、例えば、ポンプ装置の運転停止時においても処理部４側へ所定の流量以下のガスの供給が必要とされるシステムに適用される。

図１８（Ａ），（Ｂ）は、本実施形態に係るポンプ装置に適用される吐出弁４２及びその周辺構造を示す要部断面図である。吐出弁４２は、吐出通路Ｔ２（図２）を形成する吐出孔ｈ２を閉塞するようにポンプヘッド１２に取り付けられる。

吐出弁４２は、リード弁タイプの弁体４２０と、弁体４２０の開弁量を規制する規制部材９１とを有する。

弁体４２０は、ポンプヘッド１２に固定される第１の端部４２１と、その反対側の自由端である第２の端部４２２とを有する。第２の端部４２２は、ポンプ室１００の圧力が上記第１の圧力未満である場合、ポンプヘッド１２０に着座して吐出孔ｈ２の閉塞状態を維持する。一方、ポンプ室１００内の圧力が上記第１の圧力以上の場合、弁部材４２０の第２の端部４２２が吐出孔ｈ２を通るガスの流れに応じて図中上方へ移動し、吐出孔ｈ２を開放する。

規制部材９１は、金属板のプレス成形体等により形成され、ポンプヘッド１２に固定される固定部９１１と、弁体４２０の第２の端部４２２と対向する規制部９１２とを有する。固定部９１１は、弁体４２０の第１の端部４２１と共に固定具９０によりポンプヘッド１２に固定される。規制部９１２は、弁体４２０と平行な板状に形成され、弁体４２０に対して所定の間隙Ｇ１を介して対向配置される。間隙Ｇ１は、固定部９１１に対する規制部９１２の折り曲げ高さによって調整される。規制部材９１は、図１８（Ｂ）に示すように規制部９１２で弁体４２０の移動量（開弁量）を間隙Ｇ１の大きさに制限する。

吸入弁４１もまた上述の吐出弁４２と同様に構成される。図１９（Ａ），（Ｂ）に吸入弁４１の構成例をそれぞれ示す。

図１９（Ａ）に示す吸入弁４１Ａは、リード弁タイプの弁体４１０と、規制部材９２とを有する。弁体４１０は、ポンプヘッド１２に固定される第１の端部４１０と、その反対側の自由端である第２の端部４１２とを有する。規制部材９２は、弁体４１０とほぼ同一の長さを有する金属板で形成され、弁体４１０に対して所定の間隙Ｇ２を介して対向配置される。間隙Ｇ２の大きさは、弁体４１０と規制部材９２との間に配置されたスペーサ９３の厚みで調整される。規制部材９２は、弁体４１０の移動量（開弁量）を間隙Ｇ２の大きさに制限する。

規制部材９２及びスペーサ９３は、固定具９０によりポンプヘッド１２に一体的に固定され、スペーサ９３は弁部材４１０の第１の端部４１１をポンプヘッド１２に固定する機能をも有する。特に、ポンプ室１００の容積を確保するため、吸入弁４２Ａは、ポンプヘッド１２に形成した所定深さのザグリ１２ａ内に設置されている。

図１９（Ｂ）に示す吸入弁４１Ｂは、吸入弁４１Ａと同様に、弁体４１０と規制部材９４とを有する。規制部材９４は、金属板のプレス成形体等により形成され、ポンプヘッド１２に固定される固定部９４１と、弁体４１０の第２の端部４１２と対向する規制部９４２と、固定部９４１と規制部９４２との間に形成された構造部９４３とを有する。規制部９４２は、弁体４１０に対して所定の間隙Ｇ２を介して対向配置される。構造部９４３は、その長手方向（Ｙ軸方向）に直交する短手方向（Ｘ軸方向）に対向する両側部が開放され、厚み方向（Ｚ軸方向）に間隙Ｇ２より大きい所定の高さを有する空間部Ｓを形成する。間隙Ｇ２の大きさは、弁体４１０と規制部材９２との間に配置されたスペーサ９３の厚みで調整される。規制部材９２は、弁体４１０の移動量（開弁量）を間隙Ｇ２の大きさに制限する。

本例も同様に、規制部材９４及びスペーサ９３は、固定具９０によりポンプヘッド１２に一体的に固定され、スペーサ９４は弁部材４１０の第１の端部４１１をポンプヘッド１２に固定する機能をも有する。吸入弁４２Ｂは、ポンプ室１００の容積を確保するため、ポンプヘッド１２に形成した所定深さのザグリ１２ａ内に設置されている。本例では、規制部材９４の規制部９４２は、その両側部が開放された形状を有するため、吸入口ｈ１から吸入したガスを効率よく規制部材９４の外部へ誘導することができる。

さらに規制部材９４が上述した構成の構造部９４３を有するため、弁体４１０の先端部が規制部９４２に接触した状態で、弁体４１０の中央部が空間部Ｓ内に侵入するように変形することが可能となる。これによりガスの流れがより促進され、高流量領域（高回転数領域）においても安定した流量特性を得ることができる。

間隙Ｇ１，Ｇ２の大きさは特に限定されないが、弁体４１０，４２０が可動部材３０の往復移動に追従して吐出孔ｈ１，ｈ２を開閉できる程度の大きさに設定され、例えば０．１ｍｍ〜１ｍｍとされる。

弁体４１０，４２０は、各種プロセスガスに対して耐性を有するゴム材料が用いられる。例えば、プロセスガスにメタンやプロパン等が用いられる場合には、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）など、メタンやプロパン等の厚み、大きさは特に限定されず、各種仕様に対応できる開弁圧を確保することができる厚み、大きさに個々に設定される。

吐出弁４２を構成する規制部材９１には、吸入弁４１（４１Ａ，４１Ｂ）を構成する規制部材９２，９４が用いられてもよいし、吸入弁４１（４１Ａ，４１Ｂ）を構成する規制部材９２，９４には、吐出弁４２を構成する規制部材９１が用いられてもよい。また、規制部材９１，９２，９４を有する吐出弁４２及び吸入弁４１は、上述の第１，第２の実施形態にも同様に適用可能である。

以上のように構成される本実施形態のポンプ装置においては、吸入弁４１及び吐出弁４２の各々に弁体の開弁量を規制する規制部材９１が設けられているため、安定したシール性と、良好な追従性を確保しつつ、各弁４１，４２の適正な開閉動作を実現することができる。これにより、モータ２１の駆動回転数に応じた流量のガスを安定に吐出することができるとともに、高回転数領域にわたって直線的な流量特性を得ることができる。

図２０は、上述したような構成の規制部材９１，９２，９４を有する吸入弁及び吐出弁を備えた本実施形態に係るポンプ装置の流量特性（Ｐ１）と、上記規制部材を有しない比較例に係るポンプ装置の流量特性（Ｐ２）とを比較して示す一実験結果である。図２０において横軸は、制御部５からモータ２１へ出力される指令電圧であり、モータ２１の回転数に相当する。

図２０に示すように、比較例に係るポンプ装置においては、回転数が増加するに従って直線性が低下するとともに、低流量領域（低回転数領域）での吐出流量のバラツキが認められた。これは、弁体の一端部のみを単に固定する弁構造では、弁体の開弁量に制限がないため、シール性にバラツキが生じ、あるいはポンプ室内の圧力変化に応じた追従性が低下するためであると考えられる。したがって、比較例に係るポンプ装置においては、安定した流量でガスを送出することが困難な場合がある。

これに対して本実施形態に係るポンプ装置においては、比較例に比べて高回転数域での直線性が高いことがわかる。また、比較例に比べて低流量領域でも安定した流量を確認できた。これは、上記規制部材による弁体の開弁量を規制することで、安定したシール性と追従性の向上が図れるためであると考えられる。以上のように本実施形態によれば、低流量領域から高流量領域にかけて安定した吐出流量を確保でき、高精度に流量を制御することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば以上の実施形態では、ポンプ装置として、燃料ガスを一定流量で吐出する昇圧ブロワに適用した例を説明したが、これに代えて又はこれに加えて、同じ燃料電池システムにおいて酸化剤ガス（大気あるいは酸素）を一定流量で吐出するブロワに、本発明を適用することも可能である。この例においても、雰囲気温度によって酸素の密度が変化するため、上述した温度補正式（(3)式）を用いることによって、設定流量で安定に酸素を供給することができる。

上記の例において、補正係数Ｃ(t)には、大気圧変化による流量誤差を補正するパラメータが加えられてもよい。すなわち、ポンプが使用される場所や天気によっては大気圧の変化により空気密度が変わり、ポンプの回転速度が同じでも吐出流量に変化を生じさせる。そこで、大気圧の差による気体密度変化式により例えば１気圧（1.01325×10⁵Pa）を基準とする流量比を予め求め、これを補正係数Ｃ(t)に加える。これにより大気圧変化に関係なく一定の流量を安定して供給することが可能となる。

また以上の実施形態では、駆動部２０の温度（モータ表面温度）をガスの温度とみなしてガスの密度変化を算出するようにしたが、ポンプ本体の測温部位は駆動部２０に限られず、例えばケーシング１０の表面あるいは内部温度であってもよい。また、ポンプヘッド１２に温度センサを取り付けて、ガスに近い部位で測定した温度をコントローラ５０へ出力してもよい。さらには吐出ガスの温度を直接測定してもよく、この場合、例えば吐出口１０２に温度センサが設置されてもよい。

またコントローラ５０は、ポンプ本体に取り付けられる例に限られず、ポンプ本体の外部に配置されてもよい。例えば、コントローラ５０は、ポンプシステムの制御基板上に搭載されてもよく、この場合、有線又は無線により、モータ２１、温度センサ６１及び回転センサ６２等と電気的に接続される。上記制御基板は、制御部５の構成基板であってもよいし、制御部５とは別の基板であってもよい。

さらに以上の実施形態では、ポンプ装置はダイアフラムポンプで構成されたが、これに限られず、ルーツポンプ等の他のポンプ装置にも本発明は適用可能である。ルーツポンプの場合、ポンプ室の容積を変化させる可動部材としては、相互に対向して配置されるロータに対応する。

３…ポンプ装置
１０…ケーシング
２０…駆動部
３０…可動部材
３１…ダイアフラム
４１…吸入弁
４２…吐出弁
５０…コントローラ
６１…温度センサ
８０…弁機構
９１，９２，９４…規制部材
１００…ポンプ室
１０１…吸入口
１０２…吐出口

Claims (13)

1. 吸入口と、吐出口と、前記吸入口及び前記吐出口と各々連通可能なポンプ室と、前記ポンプ室へのガスの吸入と前記ポンプ室からのガスの排出とを交互に行う可動部材と、前記可動部材を駆動し、回転速度に応じて前記吐出口から吐出されるガスの流量を変化させることが可能なモータを含む駆動部とを有するポンプ本体と、
   前記ポンプ本体に取り付けられ、前記吐出口から吐出されるガスの温度又は前記ポンプ本体の温度を測定することで、前記ガスの温度に関連する温度信号を出力する温度センサと、
   前記吐出口から吐出される前記ガスの基準流量を指定する外部信号が入力される入力部と、前記温度信号に基づいて前記吐出口から吐出される前記ガスの実流量を演算する演算部と、前記実流量が前記基準流量と一致するように前記モータの回転速度を補正する補正信号を出力する出力部とを有するコントローラと
   を具備するポンプ装置。
2. 請求項１に記載のポンプ装置であって、
   前記コントローラは、予め取得された前記ポンプ本体の温度特性を含む補正係数を記憶する記憶部をさらに有し、
   前記演算部は、前記温度信号に基づいて算出されるガス流量に前記補正係数を乗じることで前記ガスの実流量を演算する
   ポンプ装置。
3. 請求項２に記載のポンプ装置であって、
   前記補正係数は、第１の温度から前記第１の温度よりも高い第２の温度までにおける前記温度特性の近似関数であり、
   前記近似関数は、前記第１の温度と、前記第１の温度よりも高く前記第２の温度よりも低い第３の温度との間において前記モータの回転速度を上昇させる補正信号を生成する
   ポンプ装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のポンプ装置であって、
   前記吸入口と前記ポンプ室との間に取り付けられ、前記吸入口から前記ポンプ室へのガスの流れを許容する第１の弁と、
   前記ポンプ室と前記吐出口との間に取り付けられ、前記ポンプ室のガスの圧力が第１の圧力以上である場合に前記ポンプ室から前記吐出口への前記ガスの流れを許容する第２の弁と、
   前記ポンプ本体に取り付けられ、前記吸入口と前記吐出口との間のガスの圧力が前記第１の圧力よりも大きい第２の圧力以下の場合に前記吸入口から前記吐出口へ向かう前記ガスの流れを制限する第３の弁と
   をさらに具備するポンプ装置。
5. 請求項４に記載のポンプ装置であって、
   前記第３の弁は、前記第１の圧力以上、前記第２の圧力以下の圧力に応じて、開度が連続的に変化する弁部材を含む
   ポンプ装置。
6. 請求項５に記載のポンプ装置であって、
   前記弁部材は、全閉時に所定流量以下のガスの流れを許容する通孔を有する
   ポンプ装置。
7. 請求項４から請求項６のいずれか１項に記載のポンプ装置であって、
   前記第１の弁及び前記第２の弁は、
   前記ポンプ本体に固定される第１の端部と、前記ガスの流れに応じて移動する第２の端部とを有する弁体と、
   前記弁体に間隙を介して対向配置され、前記第２の端部の移動量を制限する規制部材と、をそれぞれ有する
   ポンプ装置。
8. 請求項１に記載のポンプ装置であって、
   前記温度センサは、前記駆動部に取り付けられる
   ポンプ装置。
9. 請求項１に記載のポンプ装置であって、
   前記温度センサは、前記ポンプ室に取り付けられる
   ポンプ装置。
10. 請求項１に記載のポンプ装置であって、
    前記ポンプ本体は、ダイアフラムポンプである
    ポンプ装置。
11. ポンプ本体の吐出口から基準流量のガスが吐出する回転速度でモータを駆動するための駆動信号を出力し、
    前記ポンプ本体に取り付けられた温度センサによって、前記吐出口から吐出されるガスの温度又は前記ポンプ本体の温度を測定し、
    前記温度センサの出力に含まれる前記ガスの温度に関連する温度信号に基づいて前記吐出口から吐出される前記ガスの実流量を演算し、
    前記実流量が前記基準流量と一致するように前記駆動信号を補正し、補正された駆動信号を前記モータへ出力する
    ポンプ装置の制御方法。
12. 請求項１１に記載のポンプ装置の制御方法であって、
    前記ガスの実流量の演算は、
    前記温度信号に基づいて算出されるガス流量に、予め取得された前記ポンプ本体の温度特性を含む補正係数を乗じることで、前記ガスの実流量を演算する
    ポンプ装置の制御方法。
13. 請求項１２に記載のポンプ装置の制御方法であって、
    前記補正係数は、第１の温度から前記第１の温度よりも高い第２の温度までにおける前記温度特性の近似関数であり、
    前記近似関数は、前記第１の温度と、前記第１の温度よりも高く前記第２の温度よりも低い第３の温度との間において前記モータの回転速度を上昇させる補正信号を生成する
    ポンプ装置の制御方法。