WO2007094131A1 - ミキシングポンプ装置および燃料電池 - Google Patents

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WO2007094131A1
WO2007094131A1 PCT/JP2007/000074 JP2007000074W WO2007094131A1 WO 2007094131 A1 WO2007094131 A1 WO 2007094131A1 JP 2007000074 W JP2007000074 W JP 2007000074W WO 2007094131 A1 WO2007094131 A1 WO 2007094131A1
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pump chamber
inflow
outflow
pump
fuel
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PCT/JP2007/000074
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French (fr)
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Mitsuo Yokozawa
Kenji Muramatsu
Katsumi Kozu
Toshihiko Ichinose
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Nidec Sankyo Corporation
Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • F04B13/02—Pumps specially modified to deliver fixed or variable measured quantities of two or more fluids at the same time
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    • B01F25/40—Static mixers
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    • Y10S417/00—Pumps

Definitions

  • the present invention relates to a mixing pump device that discharges after a plurality of fluids are sucked and mixed, and a fuel cell that uses the mixing pump device as a fuel supply device for supplying fuel to an electromotive unit. Is.
  • Patent Document 1 discloses a mixing pump device that, in a high-performance liquid chromatography apparatus, sucks and mixes a plurality of types of solvents with a plunger pump and discharges the obtained mixed fluid toward a column.
  • the rotation of the stepping motor is transmitted to the plunger via the force mechanism to increase or decrease the internal volume of the pump chamber.
  • the valves arranged in each of the two inflow passages communicating with the pump chamber are opened in order, and the fluid is sucked into the pump chamber via the inflow passages.
  • the pump chamber is mixed. Thereafter, the discharge process is executed, the pump chamber is reduced, and the mixed liquid is discharged from the pump chamber.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 3 1 1 7 6 2 3
  • An object of the present invention is to provide a mixing pump device capable of mixing and supplying a plurality of fluids at a predetermined ratio without detecting an operation stage of the pump, and a fuel provided with the mixing pump device To provide a battery.
  • the mixing pump device of the present invention includes:
  • a displacement member disposed in the pump chamber to increase or decrease the internal volume of the pump chamber
  • a drive device including a motor for displacing the displacement member; a plurality of inflow passages communicating with the pump chamber;
  • An outflow passage communicating with the pump chamber
  • An inflow side valve disposed in each of the inflow paths and independently opening and closing these inflow paths;
  • An outflow side valve for opening and closing the outflow path
  • the drive device and a control device for controlling the inflow side valve and the outflow side valve,
  • the drive device displaces the displacement member in a direction in which the internal volume of the pump chamber increases when the motor rotates in the first direction, and the content of the pump chamber when the motor rotates in the second direction.
  • the displacement member is displaced in a direction in which the product decreases.
  • the outflow side valve is closed, and the displacement member is displaced while sequentially opening and closing the inflow side valve, so that each of the plurality of inflow paths sequentially enters the pump chamber. Fluid is sucked into and mixed in the pump chamber.
  • the fluid in the pump chamber is discharged into the outflow passage by displacing the displacement member in the reverse direction with the inflow side valve closed and the outflow side valve opened.
  • the drive device increases the internal volume of the pump chamber when the motor rotates in the first direction.
  • the displacement member is displaced in the direction to be applied, and when the motor rotates in the second direction opposite to the first direction, the displacement member is displaced in a direction in which the internal volume of the pump chamber decreases. Therefore, the suction process is performed while the motor is rotating in the first direction, and the discharge process is performed while rotating the motor in the second direction. Therefore, it is not necessary to detect the displacement position of the displacement member or the position of the power transmission member connected to the displacement member.
  • the pump device can be made smaller and more compact.
  • a plurality of the outflow passages may be communicated with the pump chamber, and the outflow side valve may be disposed in each outflow passage.
  • the inflow path and the outflow path may be communicated with the pump chamber independently of each other.
  • a diaphragm can be used as the displacement member.
  • the control device flows in from each of the inflow paths.
  • Each inflow side valve so that at least a part of the fluid having a higher mixing ratio flows into the pump chamber before the fluid having the lowest mixing ratio flows into the pump chamber. It is characterized by controlling the opening and closing of the.
  • control device controls mixing of each fluid constituting the mixed fluid formed in the pump chamber by controlling an inflow amount of each fluid flowing into the pump chamber from each inflow passage.
  • the ratio and the discharge amount of the mixed fluid discharged from the pump chamber to the outflow passage are respectively controlled.
  • the fuel cell of the present invention has an electromotive unit and a fuel supply device that supplies fuel to the electromotive unit, and the fuel supply device is a mixing pump device having the above-described configuration. It is characterized by being.
  • the fuel used in the fuel cell of the present invention is a hydrogen-containing fluid capable of generating protons.
  • the hydrogen-containing fluid contains alcohol.
  • the hydrogen-containing fluid preferably contains at least one of methyl alcohol and ethyl alcohol, and is preferably an aqueous solution of these alcohols.
  • Such an alcohol can improve the power generation efficiency because less energy is required to generate protons.
  • the hydrogen-containing fluid (fuel) may be an ethylene glycol aqueous solution or a dimethyl ether aqueous solution.
  • the fuel cell of the present invention further includes an unprepared fuel tank that supplies unprepared fuel to a pump chamber of the mixing pump device, and the plurality of inflow paths include An unprepared fuel inflow passage for allowing the unprepared fuel supplied from an unprepared fuel tank to flow into the pump chamber and a diluent inflow passage for allowing a diluent containing water to flow into the pump chamber are included. It is characterized by being
  • the optimum composition is obtained by mixing the unprepared fuel supplied from the unprepared fuel tank via the unprepared fuel inflow path and the diluent supplied via the diluent inflow path.
  • the fuel can be supplied.
  • the unprepared fuel is, for example, alcohol or an aqueous alcohol solution having a concentration higher than the optimum concentration
  • the diluent is water or an aqueous alcohol solution having a concentration lower than the optimum concentration.
  • the unprepared fuel is an alcohol aqueous solution having an optimum concentration
  • the alcohol aqueous solution may be supplied to the electromotive section without being diluted.
  • the water containing the generated water generated in the electromotive unit can flow into the pump chamber via the diluent inflow path.
  • the generated water generated in the electromotive unit can be collected in a water tank and introduced from the water tank into the pump chamber via the diluting liquid inflow path.
  • the generated water generated in the electromotive unit can be efficiently reused, so that the release of water can be minimized, and further, the release of water can be eliminated.
  • a coolant for supplying a coolant to the electromotive unit through one of the outflow passages. Can be used as an outflow channel. If comprised in this way, the electromotive part can be cooled with the mixing pump apparatus to which this invention is applied, and a dedicated cooling water supply apparatus is unnecessary.
  • the cooling liquid outflow path supplies cooling water as the cooling liquid to the electromotive unit.
  • the cooling water can also be collected and used as a diluent. That is, the cooling water after cooling the electromotive unit may be collected in a water tank, and the collected water may be introduced from the water tank into the pump chamber via the diluent flow path. With this configuration, the cooling water can be reused efficiently, so that the discharge of water can be minimized, and furthermore, the discharge of water can be eliminated.
  • the motor rotates in the first direction in the suction process, and the motor rotates in the second direction in the discharge process. Therefore, unlike the configuration in which the rotation of the motor to one side is transmitted to the plunger via the cam mechanism, the position of the cam, plunger, etc. need not be monitored by a detection mechanism equipped with a photo interrupter. Therefore, according to the present invention, since the apparatus configuration can be simplified, the size and cost can be reduced.
  • the mixing pump device according to the present invention is used as a fuel supply device of a fuel cell, unprepared fuel and diluent can be mixed to supply fuel of an optimal composition to the electromotive section. .
  • water generated in the electromotive section can be reused as a diluent.
  • the cooling water can be supplied from the mixing pump device to the electromotive unit, and the cooling water can be recovered and reused as a diluent.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a basic configuration of a mixing pump device to which the present invention is applied.
  • FIG. 2A is a timing chart showing the operation of the mixing pump device shown in FIG.
  • FIG. 2B is an explanatory diagram showing the relationship between the position of the displacement member and the resolution.
  • FIG. 3A is an explanatory diagram regarding deformation of a diaphragm.
  • FIG. 3B is an explanatory diagram relating to deformation of the diaphragm.
  • FIG. 3C is an explanatory diagram regarding the deformation of the diaphragm.
  • FIG. 3D is an explanatory diagram regarding the deformation of the diaphragm.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing a basic configuration of a mixing pump device to which the present invention is applied.
  • FIG. 5A is a perspective view of a mixing pump device to which the present invention is applied.
  • FIG. 5B is an explanatory view showing the flow path and the like of the mixing pump device shown in FIG. 5A in a plan view.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of the mixing pump device shown in FIG. 5A as viewed obliquely from above.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing a cross-sectional configuration of the mixing pump device of FIG. 5A.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of the mixing pump device in FIG. 5A divided vertically.
  • FIG. 9A is an explanatory view showing a state in which the internal volume of the pump chamber is expanded in the mixing pump device shown in FIG.
  • FIG. 9B is an explanatory view showing a state in which the internal volume of the pump chamber is contracted in the mixing pump device shown in FIG.
  • FIG. 10A is a perspective view of a rotor used in the rotating body of the pump mechanism shown in FIG.
  • FIG. 10B is a plan view of the rotor shown in FIG. 10A.
  • FIG. 10C is a sectional view of the rotor shown in FIG. 1 OA.
  • FIG. 11A is a perspective view of a moving body used as a rotating body of the pump mechanism shown in FIG.
  • FIG. 11B is a plan view of the moving body shown in FIG. 11A.
  • FIG. 11C is a cross-sectional view of the moving body shown in FIG. 11A.
  • FIG. 1 2 Used as an active valve for a mixing pump device to which the present invention is applied It is explanatory drawing when what cut
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing magnetic lines of force of the valve shown in FIG.
  • FIG. 14 is a block diagram schematically showing the structure of a fuel cell using the mixing pump device of the present invention.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a basic configuration of a mixing pump device to which the present invention is applied.
  • the mixing pump device 1 includes a pump chamber 2.
  • a plurality of, in this example, two suction ports 30a, 30b, a plurality, In this example, two discharge ports 40a and 40b are formed.
  • Inlet passages 3 a and 3 b communicate with suction ports 3 0 a and 30 b, respectively, and outflow passages 4 a and 4 ⁇ communicate with discharge ports 40 a and 4 Ob, respectively. is doing.
  • These pump chamber 2, suction ports 30a, 30b, discharge ports 40a, 40b, inflow passages 3a, 3b, and outflow passages 4a, 4b constitute the pump device body 7.
  • suction ports 30a, 30b, discharge ports 40a, 40b, inflow passages 3a, 3b, and outflow passages 4a, 4b constitute the pump device body 7.
  • the suction ports 30a, 30b are provided with inflow side active valves 5a, 5b for individually opening and closing them.
  • Outlet side active valves 6 a and 6 b for individually opening and closing the discharge ports 40 a and 4 O b are also arranged.
  • the inflow side active valves 5 a and 5 b and the outflow side active valves 6 a and 6 b are opened and closed by the control device 18.
  • a part of the inner peripheral surface of the pump chamber 2 is defined by a displacement member 17 such as a piston or a diaphragm.
  • the displacement member 17 can be displaced in and out of the pump chamber.
  • the displacement member 17 is displaced by a driving device 10 5 having a stepping motor 12.
  • These displacement member 1 1 and drive device 10 5 constitute a pump drive mechanism 13.
  • the control device 18 opens, for example, one inflow side active valve 5b and the other inflow side active valve 5a and outflow side active. With the valves 6 a and 6 b closed, the displacement member 17 is displaced in the A direction by the driving device 1 0 5, whereby the fluid LB is pumped from the inflow passage 3 b through the suction port 3 0 b to the pump chamber 2. To suck. Next, by switching the open / close state of the inflow side active valves 5a, 5b and further displacing the displacement member 17 in the A direction, the fluid LA is discharged from the other inflow path 3a through the suction port 30a. Aspirate into pump chamber 2. The sucked fluids L A and L B are mixed in the pump chamber 2.
  • the control device 1 8 opens the one outflow side active valve 6a and the other outflow side active valve 6b and the inflow side active valves 5a, 5b.
  • the displacement member 17 is displaced in the B direction by the driving device 105, whereby the mixed fluid is discharged from the pump chamber 2 to the outflow passage 4a through the discharge port 40a.
  • the mixed fluid can be discharged from the other discharge port 40b to the outflow passage 4b.
  • FIG. 2A and 2B are timing charts showing the operation of the mixing pump device shown in FIG. 1, and explanatory diagrams showing the relationship between the position of the displacement member and the resolution.
  • the operation of the mixing pump device 1 will be specifically described.
  • the ratio (mixing ratio) of the inflow amounts of the first liquid L A and the second liquid LB sucked through the two inflow passages 3 a and 3 b is 1: 5.
  • Fig. 2A the uppermost stage shows the suction operation and discharge operation by the pump drive mechanism 13; the suction operation by the pump drive mechanism 13 is shown in Stepping mode.
  • the overnight 12 is rotated in the clockwise direction, and the displacement member 17 is displaced in the A direction (see FIG. 1) that increases the internal volume of the pump chamber 2.
  • Discharge operation by the pump drive mechanism 1 3 is that the stepping motor 1 2 rotates counterclockwise, for example, and the displacement member 17 is displaced in the B direction (see FIG. 1), which reduces the internal volume of the pump chamber 2. Is done.
  • the pump drive mechanism 13 is stopped by stopping the power supply to the stepping motor 12.
  • both the inflow side active valves 5a and 5b and the outflow side active valves 6a and 6b are opened after a positive pulse is input, and when a negative pulse is input Switch to the closed state with. Also, after a negative pulse is input, it is closed, and when a positive pulse is input, it switches to the open state.
  • FIG. 2A first, at time t 1, power supply to the stepping motor 2 is stopped, and the pump drive mechanism 13 is stopped. Also, until time point 1, all active valves 5a, 5b, 6a, 6b are closed.
  • the inflow side active valve 5 b switches from the open state to the closed state.
  • the inflow of the liquid LB from the inflow path 3 to the pump chamber 2 stops.
  • 1 Z 2 of the total inflow amount of the liquid LB flows into the pump chamber 2.
  • FIG. 3A when the internal pressure of the pump chamber 2 is equal to the atmospheric pressure. An unnecessary displacement does not occur in the diaphragm 170 due to the pressure difference.
  • FIG. 3B when the internal pressure of the pump chamber 2 is larger than the atmospheric pressure, the diaphragm 170 is inflated by the pressure difference.
  • FIG. 3C when the internal pressure of the pump chamber 2 is lower than the atmospheric pressure, the diaphragm 170 is contracted by the pressure difference.
  • the outflow side active valve 6a is opened at the time t11, and the pump chamber 2 and the outflow pipe 4a are connected to the outlet 40a side from the valve 6a of the outflow pipe 4a. If the communication is established, the liquid mixture present on the outlet 40a side of the outflow pipe 4a may flow back into the pump chamber 2 due to the difference in the head.
  • the discharge amount of the mixed liquid becomes smaller than the expected amount.
  • the inflow side active valve 5b is opened, and the pump chamber 2 and the inflow pipe 3b through the valve 5b of the inflow pipe 3b communicate with the inflow port 30b.
  • the mixed liquid in the pump chamber 2 flows backward from the inflow pipe 3b, and the inflow amount of the second liquid LB becomes smaller than the expected amount.
  • the power supply to the stepping motor 1 2 is performed by supplying power to the stepping motor 1 2 from the time point t 1 0 to the time point t 1 1 after the end of the suction and before starting the discharge. 2 is rotated counterclockwise to displace the displacement member 17 in the direction in which the internal volume of the pump chamber 2 decreases.
  • the stepping motor 1 2 is powered by rotating the stepping motor 1 2 clockwise by supplying power to the pump.
  • the displacement member 17 is displaced in the direction in which the internal volume of the chamber 2 increases.
  • valves 5 a, 5 b, 6 a, 6 b and the displacement member 17 can be driven.
  • the pressure difference between both sides of the valves 5b and 6a that can be switched from the closed state to the open state is directly or indirectly set.
  • a method of displacing the displacement member 17 in a direction to eliminate the pressure difference may be adopted based on the monitoring result.
  • a pressure sensor may be arranged at a position outside a, and the pressure difference may be detected based on the detection results of these pressure sensors.
  • the height position of the outlet 40a of the outlet pipe 4a is measured, and the second position shown in Fig. 3D is measured.
  • the liquid level position of the second liquid LB should be monitored.
  • the active valves 5 a and 5 b arranged in the inflow passages 3 a and 3 b are closed and the active valves arranged in the outflow passages 4 a and 4 b
  • the fluid mixture can be discharged from the pump chamber 2 simply by opening one or both of 6a and 6b. Therefore, unlike the configuration in which the rotation of the stepping motor 12 is transmitted to the displacement member 17 via the cam mechanism, it is not necessary to monitor the position of the cam with a photo interrupter. Therefore, since the configuration of the mixing pump device 1 can be simplified, the size and cost can be reduced.
  • the displacement amount (stroke) of the displacement member 17 can be easily changed simply by changing the signal pattern supplied to the stepping motor 12. Therefore, there is an advantage that the displacement amount (stroke) of the displacement member 17 can be set optimally according to the type of liquid to be used.
  • the control device 18 is provided with a first liquid LA flowing in from the inflow passages 3a, 3b.
  • a part of the second liquid LB with a high mixing ratio flows into the pump chamber 2 before the first liquid LA with a low mixing ratio is sucked into the pump chamber 2.
  • the active valves 5a, 5b, 6a and 6b are controlled to open and close. For this reason, the first liquid LA can be prevented from being unevenly distributed in the corner of the pump chamber 2, for example, in the vicinity of the active valve 5a, so that the first liquid LA and the second liquid LB can be mixed reliably. Can do.
  • the second liquid LB with a high mixing ratio is sucked into the pump chamber 2 by an amount corresponding to the total amount of 12, and then the first liquid LA with a low mixing ratio is sucked into the pump chamber 2 and then Since the remaining 12 of the liquid LB 2 is sucked into the pump chamber 2, the first liquid LA and the second liquid LB can be mixed more reliably.
  • the correction process is executed in the period from time t 10 to time t 11 and in the period from time t 17 to time t 18. Even when the displacement member 17 reaches top dead center or bottom dead center, suction and discharge are performed after returning from the top dead center or bottom dead center. For this reason, the accuracy of the suction amount and the discharge amount is high.
  • the displacement member 17 is a diaphragm
  • the internal volume of the pump chamber does not change even when the diaphragm is displaced when the discharge process is switched to the suction process or when the suction process is switched to the discharge process. Displacement in the sensitive state occurs, the amount of suction and discharge tends to vary. Such a variation can be eliminated by sandwiching the correction process.
  • the plurality of inflow passages 3a and 3b communicate with the pump chamber 2 independently of each other, for example, when the first liquid LA passes through the inflow passage 3a.
  • First liquid LA force The situation where the first liquid LA force is mixed with the second liquid LB before being sucked into the pump chamber 2 can be avoided. Accordingly, since the inflow amounts of a plurality of fluids flowing in from the inflow channels 3 a and 3 b can be controlled, the first liquid LA And the second liquid LB can be accurately controlled.
  • control valve 18 allows the active valve 5 so that only one of the first liquid LA and the second liquid LB flowing from the inflow passages 3a and 3b flows into the pump chamber 2. It is also possible to control the opening and closing of a,, 5 b. In this case, only one of the first liquid L A and the second liquid LB can be sucked and not mixed with the other, and discharged from the outflow path 4a or 4b as it is.
  • the pump device body 7 of the mixing pump device 1A of this example includes a pump chamber 2, two inflow passages 3a and 3b communicating with the pump chamber 2, and a pump chamber. 6 outflow passages 4 a to 4 f communicating with 2 are provided.
  • the two inflow passages 3 a and 3 b and the six outflow passages 4 a to 4 f communicate with the pump chamber 2 independently of each other.
  • Inflow side active valves 5a and 5b are arranged in the two inflow channels 3a and 3b, respectively.
  • Outlet side active valves 6 a to 6 f are respectively arranged in the six outflow passages 4 a to 4 f.
  • the pump drive mechanism 13 includes a diaphragm 1 70 defining a part of the inner peripheral surface of the pump chamber 2, and a drive provided with a stepping motor 12 2 for displacing the diaphragm 1 70 And a control device 18 that controls the opening and closing of the inflow side active valves 5a and 5b and the outflow side active valves 6a to 6f.
  • FIGS. 5A and 5B are a perspective view and a plan configuration diagram of the mixing pump device 1 A.
  • FIG. Fig. 6 is an exploded perspective view, and Fig. 7 shows its cross-sectional configuration.
  • the mixing pump device 1A is provided with a suction port 30a, 3Ob and a discharge port 40 on one surface 7 1 of the box-shaped pump device body 7.
  • Pipes that specify a to 40 f are connected.
  • the pump device body 7 includes a pump drive mechanism 1 3 and active valves 5 a, 5 b, 6 a to 6 f of a wiring board 74, a bottom plate 75, a base plate 76, and a flow path described later in a groove shape.
  • the flow path component plate 77, the sealing sheet 78 that covers the upper surface of the flow channel component plate by covering the upper surface of the flow channel component plate, and the upper plate 79 to which the pipes are connected are stacked in this order. ing.
  • the base plate 76 includes a pump drive mechanism 1 3 and active valves 5 a, 5 b,
  • Holes 1 37 and 67 a to 67 h are formed to configure the space for 6 a to 6 f.
  • a round through hole 21 for forming the pump chamber 2 is formed at the center position of the flow path constituting plate 77, and the flow passage constituting plate 77 is surrounded by the through hole 21.
  • recesses (not shown) constituting the valve chambers of the active valves 5a, 5b, 6a to 6f are formed.
  • eight grooves 4 1 a to 4 1 h extend radially from the through hole 21.
  • grooves 42 a, 42 b- ⁇ , etc. are formed in the vicinity of the grooves 4 1 a to 4 1 h of the flow path component plate 77.
  • Inflow passages 3a and 3b and outflow passages 4a to 4f are formed by eight grooves 4 1a to 4 1h. That is, when the base plate 76, the flow path component plate 77, and the sealing sheet 78 are overlapped, the inflow channels 3a, 3b and the outflow channel 4a are formed by the grooves 4 1a to 4 1f, 42a, 42b- ⁇ 4 f is formed, and inflow paths 3 a and 3 b and outflow paths 4 a to 4 f are respectively connected to the inflow side active valves 5 a and 5 b and the outflow side active / tube 6 a to 6 f is placed.
  • each of the inflow passages 3a, 3b and the outflow passages 4a to 4f are arranged in a plane around the pump chamber 2, each of the inflow passages 3a, 3b and the outflow passages 4a to 4f
  • the flow path can be shortened, and the mixing pump device 1 A can be made thinner.
  • the lengths of the flow paths from the pump chamber 2 to the outflow side active valves 6 a to 6 f are equal. For this reason, the discharge amount through each of the outflow channels 4a to 4f can be controlled with high accuracy.
  • the pump device body 7 includes a flow path component plate 7 7 in which the inflow channels 3 a and 3 b and the outflow channels 4 a to 4 f are formed in a groove shape on one surface side, and one of the path component plates 7 7. Because it is equipped with sealing sheets 7 and 8 arranged on the side of the surface, many flow paths can be formed for the small pump device body 7 and the mixing pump device 1 A can be produced efficiently. .
  • the two inflow passages 3a, 3b and the six outflow passages 4a to 4f have the same configuration, and the inflow side active valves 5a, 5b and the outflow side active valve 6
  • the configurations of a ⁇ 6 f are the same as each other. Therefore, any of the inflow channels 3a, 3b and the outflow channels 4a to 4f may be used as the inflow channels 3a, 3b or the outflow channels 4a to 4f. Therefore, not only two types of liquids but also three or more types of liquids can be mixed and discharged.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of the mixing pump device 1 A divided vertically.
  • 9A and 9B are an explanatory diagram showing a state where the pump chamber is expanded and an explanatory diagram showing a state where the pump chamber is contracted.
  • 1 O A to 1 OC are respectively a perspective view, a plan view, and a cross-sectional view of a rotor used for a rotating body of the pump drive mechanism shown in FIG.
  • FIGS. 11A to 11C are a perspective view, a plan view, and a cross-sectional view, respectively, of a moving body used as a rotating body of the pump drive mechanism shown in FIG.
  • the pump drive mechanism 1 3 generally expands and contracts the pump chamber 2 communicating with the inflow passages 3a and 3b and the outflow passages 4a to 4f.
  • a diaphragm 170 as a displacement member for inhaling and discharging the body and a driving device 105 for driving the diaphragm 170 are provided.
  • the driving device 105 includes an annular stator 120, a rotating body 103 coaxially arranged inside the stator 120, and a coaxial inside this rotating body 103. And a conversion mechanism 1 4 0 that converts the rotation of the rotating body 1 0 3 into a force that moves the moving body 1 60 in the axial direction and transmits it to the moving body 1 60. It has.
  • the drive unit 10 5 is mounted between the bottom plate 75 and the base plate 76 in the space formed in the base plate 76.
  • the stator 1 2 0 is a unit comprising a coil 1 2 1 wound around a bobbin 1 2 3 and two yokes 1 2 5 arranged so as to cover the coil 1 2 1. It has a structure that is laminated in two stages in the axial direction. In each of the upper and lower two-stage units, the pole teeth protruding in the axial direction from the inner peripheral edge of the two yokes 1 25 are arranged in the circumferential direction.
  • the rotating body 1 0 3 includes a force cup-shaped member 1 3 0 that opens upward, and a cylinder of the cup-shaped member 1 3 0 And an annular rotor magnet 150 fixed to the outer peripheral surface of the cylindrical body 1 31.
  • the center of the bottom wall 1 3 3 of the cup-shaped member 1 3 0 is formed with a recess 1 3 5 that is recessed upward in the axial direction, and the bottom plate 7 5 is provided with a pole 1 1 8 disposed in the recess 1 3 5
  • a receiving bearing 7 5 1 is formed.
  • An annular step portion 76 6 is formed on the inner surface on the upper end side of the base plate 76.
  • the upper end portion of the cup-shaped member 1 3 0 has an annular step portion opposed to the annular step portion 7 6 6 on the base plate 76 6 side by the upper end portion of the body portion 1 3 1 and the annular flange portion 1 3 4. Is formed. In the annular space defined by these annular steps, an annular retainer 1 8 1 and bearing balls 1 8 2 held at positions spaced circumferentially by the retainer 1 8 1 A bearing 1 80 is made up of. In this way, the rotating body 103 is supported by the pump device body 7 so as to be rotatable around the axis.
  • the outer peripheral surface of the rotor magnet 1 50 is circumferential along the inner peripheral surface of the stator 1 2 0. Opposite the pole teeth aligned in the direction. On the outer peripheral surface of the rotor magnet 150, S poles and N poles are alternately arranged in the circumferential direction, and the stator 120 and the cup-shaped member 130 constitute a stepping motor.
  • the moving body 1 6 0 has a bottom wall.
  • a male thread 1 6 7 is formed on the outer periphery of the body 1 6 5.
  • FIG. 8, FIG. 9 and FIG. 1 OA to 1 OC are used to construct a conversion mechanism 1 4 0 for reciprocating the moving body 1 60 in the axial direction by the rotation of the rotating body 1 0 3.
  • female threads 1 3 7 are provided in four circumferentially spaced locations on the inner peripheral surface of the body portion 1 3 1 of the force-up member 1 3 0. Is formed.
  • a male screw 1 6 7 that engages with the female screw 1 3 7 of the cup-shaped member 1 3 0 and constitutes the power transmission mechanism 1 4 1. Is formed.
  • the moving body 1 60 is arranged inside the cup-shaped member 1 3 0 so that the male screw 1 6 7 and the female screw 1 3 7 fit together, the moving body 1 6 0 becomes the cup-shaped member 1 3 It is in a state of being supported inside 0.
  • the rotation of the screw-shaped member 1 30 is transmitted to the moving body 1 60 through the power transmission mechanism 1 4 1 composed of the female screw 1 3 7 and the external thread 1 6 7 of the moving body 1 60
  • the moving body 16 1 moves linearly to one side and the other side in the axial direction in accordance with the rotation direction of the rotating body 103.
  • the diaphragm 1 70 is directly connected to the moving body 1 60.
  • the set screw 1 7 8 and the cap 1 7 9 It is fixed to.
  • the outer peripheral edge of the flange portion 1 75 of the diaphragm 170 is a thick portion. The thick portion ensures liquid-tightness, and the thick portion functions as a positioning portion.
  • the thick portion is fixed between the base plate 76 and the flow path component plate 77 around the through hole 21 of the flow channel component plate 77.
  • the diaphragm 170 defines the lower surface of the pump chamber 2 and secures liquid tightness between the base plate 76 and the flow path component plate 77 around the pump chamber 2. .
  • the body portion 1 7 3 of the diaphragm 1 70 is folded back in a U-shaped cross section, and the shape of the folded portion 1 7 2 changes depending on the position of the moving body 1 60.
  • a first wall surface 1 6 8 composed of the outer peripheral surface of the cylindrical portion 1 6 3 of the movable body 1 6 0, and a second wall surface 7 6 8 composed of the inner peripheral surface of the projection 7 6 9 extending from the base plate 76
  • a folded portion 1 72 having a U-shaped cross section of the diaphragm 170 is disposed in an annular space formed between the two. Therefore, in any of the states shown in FIGS.
  • the folded portion 1 72 of the diaphragm 170 is held in the annular space. In this state, it is deformed so as to expand or roll up along the first wall surface 1668 and the second wall surface 6868.
  • the bottom wall 1 3 3 of the cup-shaped member 1 3 0 has an angular range of 2700 ° in the circumferential direction.
  • a single groove 13 6 is formed, while a protrusion 16 6 is formed downward from the bottom surface of the moving body 160.
  • the moving body 160 does not rotate around the axis, but moves in the axial direction, whereas the rotating body 103 rotates around the axis but does not move in the axial direction.
  • the protrusion 1 6 6 and the groove 1 3 6 function as a stagger that defines the stop position of the rotating body 1 0 3 and the moving body 1 60.
  • the depth of the groove 1 3 6 is changed in the circumferential direction, and when the movable body 1 60 moves downward in the axial direction, the protrusion 1 6 6 fits into the groove 1 3 6 and rotates.
  • the end of the groove 1 3 6 comes into contact with the protrusion 1 6 6 due to the rotation of the body 1 0 3.
  • the rotation of the rotating body 103 is blocked, and the stop position of the rotating body 103 and the moving body 160, that is, the maximum expansion position of the inner volume of the diaphragm 170 is defined.
  • the pump drive mechanism 13 configured in this way, when power is supplied to the coil 1 2 1 of the starter 1 2 0, the cup-shaped member 1 3 0 rotates and the rotation is transmitted via the conversion mechanism 1 4 0. It is transmitted to the moving body 1 6 0. Therefore, the moving body 160 has a reciprocating linear motion in the axial direction. As a result, the diaphragm 1 7 0 is deformed in accordance with the movement of the moving body 1 60 and expands and contracts the pump chamber 2, so that in the pump chamber 2, the inflow of liquid from the inflow passages 3 a and 3 b The liquid flows out toward the outflow paths 4a to 4f.
  • the folded portion 1 7 2 of the diaphragm 1 7 0 is deformed so as to expand or roll up along the first wall surface 1 68 and the second wall surface 7 6 8 while being held in the annular space. Unreasonable sliding does not occur.
  • the diaphragm 170 does not deform even if it receives pressure from the fluid in the pump chamber 2 because it is defined both inside and outside in the annular space.
  • the lower position of the moving body 160 is defined by a stagger configured by the groove 13 6 of the cup-shaped member 130 and the protrusion 1666 of the moving body 160. Therefore, as the cup-shaped member 1 30 rotates, the diaphragm 1 70 is displaced with high accuracy.
  • the diaphragm 170 when the stepping motor rotates in one direction, the diaphragm 170 is displaced in a direction in which the internal volume of the pump chamber 2 increases, and when the stepping motor rotates in the other direction. Displacement of diaphragm 1 7 0 in the direction of decreasing the volume of pump chamber 2
  • the rotation of the rotating body 1 0 3 by the stepping motor mechanism is performed using the dynamic force transmission mechanism 1 4 1 including the male screw 1 6 7 and the female screw 1 3 7. It is transmitted to the moving body 1 60 through the conversion mechanism 1 4 0 used.
  • the moving body 1 60 having the diaphragm 1 7 0 fixed is reciprocated linearly.
  • the pump drive mechanism 13 can be reduced in size, thickness, and cost.
  • Feeding can be performed. Therefore, since the volume of the pump chamber 2 can be strictly controlled, it is possible to perform a fixed amount discharge with high accuracy.
  • the folded portion 1 7 2 of the diaphragm 1 70 is expanded or rolled up along the first wall surface 1 68 and the second wall surface 7 6 8 while being held in the annular space. It will be deformed and excessive sliding will not occur. Therefore, useless load does not occur and the lifetime of the diaphragm 170 is long. Further, the diaphragm 1 70 does not deform even if it receives pressure from the fluid in the pump chamber 2. Therefore, according to the pump drive mechanism 13, it is possible to perform quantitative discharge with high accuracy and high reliability.
  • the rotating body 10 3 is supported so as to be rotatable around the axis via the bearing pole 1 8 2 with respect to the pump device body 7, the sliding loss is small, and Since the rotating body 103 is stably held in the axial direction, the thrust in the axial direction is stable. Therefore, it is possible to reduce the size of the drive device 10, improve durability, and improve discharge performance.
  • a force groove may be used.
  • the cup-shaped diaphragm is used as the displacement member, a diaphragm having another shape or a biston provided with an O-ring may be used.
  • the number of suction ports and discharge ports may be other than the above.
  • the reflux port 90 is provided, it may not be necessary if not required.
  • the sealing sheet 7 8 that closes the upper surface and the upper plate 7 9 to which the above-mentioned pipes are connected are formed of separate members. Only the outflow hole may be formed in the pipe and connected via a seal member.
  • Fig. 1 2 and Fig. 1 3 are views of the main parts of the valves used as the active valves 5a, 5b, 6a to 6f of the mixing pump device 1A cut in the axial direction when viewed obliquely from above. It is explanatory drawing and explanatory drawing which shows the magnetic force line of this valve
  • the active valves 5 a and 5 b (hereinafter referred to as the active valve 5) and the active valves 6 a to 6 f (hereinafter referred to as the active valve 6) are provided.
  • the base plate 7 6 is provided with a linear actuator 2 0 1 in the holes 5 7 and 6 7 a to 6 7 h, and this linear actuator 2 0 1 is a cylindrical fixed body 2 And a substantially cylindrical movable body 205 arranged inside the fixed body 203.
  • the fixed body 20 3 includes a coil 2 3 3 that is wound around the bobbin 2 3 1 in an annular shape, and one end 2 that wraps around both sides in the axial direction of the coil 2 3 3 from the outer peripheral surface of the coil 2 3 3.
  • the movable body 20 5 includes a disc-shaped first movable body side yoke 25 1 and a pair of magnets 25 5 stacked on both sides in the axial direction with respect to the first movable body side yoke 2 51. 3 a and 2 5 3 b.
  • the pair of magnets 2 5 3 a and 2 5 3 b it is possible to use Nd_Fe-B or Sm_Co based rare earth magnets or resin magnets.
  • each of the pair of magnets 25 3a and 25 3b has a second movable body side yoke 25 on the end surface opposite to the first movable body side yoke 2 51. 5 a and 2 5 5 b are laminated.
  • the pair of magnets 2 5 3 a and 2 5 3 b are both magnetized in the axial direction, and have the same polarity toward the first movable body side yoke 2 51.
  • the pair of magnets 2 5 3 a and 2 5 3 b will be described assuming that the north pole faces the first movable body side yoke 2 51 and the south pole faces the outside in the axial direction. The opposite may be true for the magnetization direction.
  • the outer peripheral surface of the first movable body side yoke 2 5 1 has a pair of magnets 2 5 3 a, 2 5 3 b It protrudes from the outer peripheral surface to the outer peripheral side. Further, the outer peripheral surfaces of the second movable body side yokes 25 5 a and 2 55 b also project from the outer peripheral surfaces of the pair of magnets 25 3 a and 25 3 b to the outer peripheral side.
  • Concave portions are formed on both end surfaces in the axial direction of the first movable body side yoke 251, and a pair of magnets 2553a and 2553b are respectively fitted into these concavities and bonded. It is fixed with agents.
  • Bearing plates 2 7 1 a, 2 7 are provided in openings on both sides in the axial direction of the fixed body 2 0 3.
  • the movable body 205 has an outer peripheral surface opposed to an inner peripheral surface of the fixed body 20 3 with a predetermined gap, and the distal end portions 2 3 6 a, 2 of the fixed body side yoke 2 3 5 36 b are in a state of facing each other in the axial direction within a gap between the outer peripheral surface of the first movable body side yoke 2 51 and the inner peripheral surface of the coil 2 3 3.
  • a gap is secured between the movable body 2 0 5 and the fixed body side yoke 2 3 5.
  • the second movable body side yokes 2 5 5 a and 2 5 5 b and the support shafts 2 5 7 a and 2 5 7 b are fixed to each other by attachment, press-fitting, or a combination thereof. Should be adopted.
  • a current flows through the coil 2 3 3 from the far side to the near side on the right side toward the drawing, and the near side on the left side toward the drawing.
  • the magnetic field lines are expressed as shown in Fig. 13. Therefore, first, as shown by arrow A, the movable body 5 receives the thrust in the axial direction by the Lorentz force and moves. On the other hand, when the energization direction to the coil 2 3 3 is reversed, the movable body 2 0 5 descends along the axial direction as indicated by an arrow B.
  • the movable body 2 0 5 is propelled by magnetic force, and on one side in the axial direction, the bearing plate 2 7 1 a and the second movable body side yoke 2 5 5 a Between the two, the frustoconical coil spring 2 9 1 as an urging member is arranged. Therefore, when the movable body 2 0 5 is lowered, it moves while deforming the compression panel and is movable. When the body 205 rises, the shape return force of the compression panel assists and moves at high speed.
  • the end of one support shaft 2 5 7 b is disposed in the valve chamber 2 7 0 (recesses 6 8 3 to 6 8).
  • the central part of the diaphragm valve 2 60 is connected.
  • An annular thick portion 2 61 that functions as liquid tightness and positioning is formed on the outer peripheral side of the diaphragm 2 60.
  • the outer peripheral side including the annular thick portion 2 61 is the base. Liquid tightness is ensured by being sandwiched between the flow plate 7 6 and the flow path component plate 7 7.
  • the displacement member is not limited to the diaphragm 260, and a bellows valve or other valve body may be used. Even if the support shafts 2 5 7 a and 2 5 7 b and the displacement member are combined separately, the support shafts 2 5 7 a and 2 5 7 b and the displacement member are integrally formed. It may be configured.
  • the pair of magnets 2 5 3 a and 2 5 3 b are directed to the same pole, and a magnetic repulsive force acts on them. Since the first movable body side yoke 2 5 1 is arranged between 5 3 a and 2 5 3 b, the pair of magnets 2 5 3 a and 2 5 3 b are fixed with the same poles facing each other. be able to.
  • the pair of magnets 25 3a and 2 53 b each have the same polarity directed to the first movable body side yoke 251, so that the first movable body side yoke 2 5 1 generates a strong magnetic flux in the radial direction. Therefore, if the peripheral surfaces of the first movable body side yoke 2 51 and the coil 2 3 3 are opposed to each other, a large thrust can be applied to the movable body 2 0 5.
  • the magnets 2 5 3 a and 2 5 3 b may be magnetized in the axial direction.
  • the outer peripheral surfaces of the second movable body side yokes 2 5 5 a and 2 5 5 b protrude from the outer peripheral surfaces of the pair of magnets 2 5 3 a and 2 5 3 b to the outer peripheral side. Even when the body side yoke 2 35 is provided, the magnetic attractive force acting on the movable body 20 5 in the direction perpendicular to the axial direction can be reduced. Therefore, there is an advantage that the assembling work is easy and the movable body 205 is not easily tilted.
  • magnets 2 5 3 a and 2 5 3 b are arranged on the outer peripheral side of coil 3 3
  • magnets 2 5 3 a and 2 5 3 b are arranged outside coil 2 3 3
  • the active valves 5 and 6 can be constructed at low cost.
  • the coils 2 3 3 are arranged outside, the magnetic path can be closed only with the fixed side yoke.
  • the bearing plates 2 7 1 a, 2 7 for supporting the support shafts 2 5 7 a, 2 5 7 b so as to be movable in the axial direction are provided in the openings that open in the axial direction. 1 b is held, so there is no need to place a separate bearing member. Further, since the bearing plates 2 7 1 a and 2 7 1 b can be fixed on the basis of the fixed body 20 3, there is an advantage that the support shafts 2 5 7 a and 2 5 7 b do not tilt.
  • FIG. 14 is a block diagram schematically showing the configuration of a fuel cell using the mixing pump device of the present invention.
  • the fuel cell 300 shown in FIG. 14 is a direct methanol fuel cell that generates electricity by directly extracting protons from a methyl alcohol aqueous solution (a hydrogen-containing fluid capable of generating fuel outlets).
  • methyl alcohol is used as an unprepared fuel
  • water is used as a diluent, and these are mixed to obtain an optimal concentration of methyl alcohol.
  • An aqueous coal solution is prepared and used as fuel.
  • an alcohol aqueous solution having a concentration higher than the optimum concentration for example, a methyl alcohol aqueous solution, may be used as the unprepared fuel.
  • the fuel cell 300 includes a mixing pump device 1 described with reference to Figs. 1 to 13, an unprepared fuel tank 3 10 connected to the inflow passage 3a of the mixing pump device 1, A diluting liquid tank 320 connected to the inflow path 3 b of the mixing pump device 1 and the electromotive device 350 are provided, and the outflow paths 4 a to 4 n of the mixing pump device 1 are respectively connected to the electromotive device 350. Connected to each electromotive section 35 1 a to 35 1 n.
  • the unprepared fuel tank 3 10 stores methyl alcohol as the unprepared fuel
  • the diluent tank 320 stores water as the diluent. Therefore, the inflow path 3a corresponds to an unprepared fuel inflow path, and the inflow path 3b corresponds to a diluent inflow path.
  • the fuel cell 300 includes an air supply device 370.
  • Air supply device 370 Air supply device
  • Air outlet channel 37 1 a to 37 1 n is connected to 370, and air is supplied from the air outlet channel 3 7 1 a to 37 1 n to the cathode electrode of electromotive section 35 1 a to 35 1 n .
  • each of the plurality of electromotive parts 35 1 a to 35 1 n includes an anode electrode (fuel electrode) including an anode current collector and an anode catalyst layer, A force sword electrode (air electrode) having a sword current collector and a force sword catalyst layer, and an electrolyte membrane disposed between the anode electrode and the force sword electrode.
  • a prepared fuel methanol aqueous solution having a predetermined concentration is supplied by the mixing pump device 1, and the following reaction is performed.
  • a water-cooling type cooling device 3600 is configured in the electromotive device 3500.
  • the mixing pump device 1 includes an outflow path 4 m for supplying cooling water as a cooling liquid outflow path in addition to the outflow paths 4 a to 4 ⁇ for supplying fuel.
  • the active valves 5a and 5b are arranged in each of the plurality of inflow passages 3a and 3b, and the active valves 6a to 6n are arranged in the plurality of outflow passages 4a to 4n. n is arranged.
  • a recovery tank 3 3 0 for recovering water generated at the cathode electrode of the electromotive portion 3 5 1 a to 3 5 1 n is provided and recovered in the recovery tank 3 3 0
  • the generated water is supplied to the diluent tank 3 20.
  • a condenser is arranged at a midpoint of the pipe 3 4 1 from the cathodes of the electromotive parts 3 5 1 a to 3 5 1 n toward the recovery tank 3 30.
  • the water discharged from the cooling device 3600 is also supplied to the diluent tank 320.
  • Natural cooling may be used for cooling the water discharged from the cooling device 3 60, but the piping 3 4 2 from the cooling device 3 6 0 to the diluent tank 3 2 0 or the mixing pump device
  • a cooler using a radiator may be installed in the middle of the outlet channel 4 m for supplying cooling water from 1.
  • a cooler using a radiator may be provided in the middle of both the pipe 3 4 2 and the outflow passage 4 m.
  • methyl alcohol stored in the unprepared fuel tank 3 1 0 is introduced into the pump chamber 2 of the mixing pump device 1 through the inflow passage 3a. Then, the water stored in the diluent tank 3 20 is introduced into the pump chamber 2 of the mixing pump device 1 through the inflow path 3 b. At that time, by setting the amount of methyl alcohol introduced and the amount of water introduced to a predetermined ratio, an aqueous methanol solution (fuel) with the optimum concentration is prepared and adjusted to the optimum concentration.
  • the supplied fuel is supplied to the electromotive parts 35 1 a to 35 1 n via the fuel supply outflow passages 4 a to 4 n and used for power generation.
  • the water generated at the cathode electrodes 35 1 a to 35 1 n is collected in the recovery tank 330 and then supplied to the diluent tank 320 to be reused as the diluent. Meanwhile, the cooling water supply outlet 4 m is closed.
  • cooling is performed using a suspension period of fuel supply to the electromotive units 35 1 a to 35 1 n.
  • the water stored in the diluent tank 320 is introduced into the pump chamber 2 of the mixing pump device 1 through the inflow passage 3 b, and the cooling device is supplied through the outflow passage 4 m for supplying cooling water.
  • Supply water to 360 the water discharged from the cooling device 360 is collected in the collection tank 330 and then supplied to the diluent tank 320 and reused as the diluent. Meanwhile, the introduction of methanol into the pump chamber 2 through the inflow passage 3a and the supply of fuel through the outflow passages 4a to 4n are stopped.
  • the generator 350 has a plurality of generators 351a to 351n, so the generated voltage is high. That is, the anode electrode of the electromotive part 35 1 a to 35 1 n has a low methanol oxidation activity and a voltage loss, and the voltage sword electrode also has a voltage loss. Therefore, the voltage that can be extracted from one electromotive part is Although it is low, the fuel cell 300 includes a plurality of electromotive units 35 1 a to 35 1 n, and thus the generated voltage is high.
  • the control device 1 8 controls the active valves 5a and 5b, the active valves 6a to 6m, and the displacement member 1 7 (see Fig. 1), and the inflow passage 3a
  • the mixing ratio of methyl alcohol and water and the discharge amount from outflow passages 4a to 4n can be controlled. Therefore, fuel adjusted to an optimal concentration by diluting methyl alcohol with water can be supplied to the plurality of electromotive units 35 1 a to 35 1 n at an arbitrary timing.
  • water generated at the force sword pole of the electromotive section 35 1 a to 35 1 n is collected in the collection tank 330 and reused as dilution water. Can do. Therefore, it is possible to minimize the discharge of water, and further, it is possible to generate power continuously by supplying only methyl alcohol as an unprepared fuel without supplying water from the outside.
  • the control device 1 8 controls the active valves 5 a and 5 b and the active valves 6 a to 6 n, thereby supplying water from the inflow passage 3 b. Since it can be sucked into the pump chamber 2 and supplied to the cooling device 360 from the outlet 4 m for supplying the cooling liquid, a dedicated cooling water supply device is not required. Moreover, in the fuel cell 300, the cooling water after cooling the electromotive parts 3 5 1 a to 3 5 1 n can be supplied to the diluent tank 3 20 and reused as water for dilution. . Therefore, water release can be minimized.
  • a methyl alcohol aqueous solution having a concentration lower than the optimum concentration may be used as the diluent.
  • a low-concentration methyl alcohol aqueous solution is used as the cooling liquid, and the low-concentration methyl alcohol aqueous solution used as the cooling liquid is supplied to the dilution liquid tank 320 and reused as the dilution liquid. Also good.
  • methyl alcohol aqueous solution is used as the fuel
  • an ethyl alcohol aqueous solution or an aqueous solution containing both the methyl alcohol aqueous solution and the ethyl alcohol aqueous solution may be used.
  • Pure methyl alcohol, pure ethyl alcohol, or a solution containing both pure methyl alcohol and pure ethyl alcohol may be used.
  • an alcohol aqueous solution other than the methyl alcohol aqueous solution for example, an ethylene glycol aqueous solution may be used as the fuel
  • an aqueous solution other than the alcohol aqueous solution for example, a dimethyl ether aqueous solution may be used.
  • alcohol other than pure methyl alcohol for example, pure ethylene glycol, may be used.
  • the use of the mixing pump device to which the present invention is applied is not limited to a fuel cell, and can be used as, for example, a pump for preparing a compound medicine by preparing a plurality of chemical solutions. Further, it may be used as an ice making pump for a refrigerator and used to discharge a sherbet liquid having a different taste, color and scent from the outflow passage for each ice making block.
  • the example using the diaphragm 170 as the displacement member 17 has been mainly described.
  • the present invention may be applied to a mixing pump apparatus using a plunger as the displacement member.
  • an example in which a plurality of outflow passages are configured has been described.
  • the present invention may be applied to a mixing pump apparatus having one outflow passage.

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Abstract

　ミキシングポンプ装置（１）において、吸引工程では、ステッピングモータ（１２）が第１方向に回転するので、この間において、流出路（４ａ、４ｂ）に配置したアクティブバルブ（６ａ、６ｂ）を閉状態とし、流入路（３ａ、３ｂ）に配置したアクティブバルブ（５ａ、５ｂ）を順次に開閉すれば、複数の流体を所定の比率でポンプ室（２）に吸引できる。吐出工程では、ステッピングモータ（１２）が第２方向に回転するので、この間において、流入路（３ａ、３ｂ）に配置したアクティブバルブ（５ａ、５ｂ）を閉状態とし、流出路（４ａ、４ｂ）に配置したアクティブバルブ（６ａ、６ｂ）を開状態にするだけでポンプ室（２）から混合流体を吐出できる。ポンプの作動段階を検出することなく、複数の流体を所定の比率で混合して供給することのできるミキシングポンプ装置を実現できる。

Description

明 細 書
ミキシングポンプ装置および燃料電池
技術分野
[0001 ] 本発明は、 複数の流体を吸引して混合した後に吐出するミキシングポンプ 装置、 およびこのミキシングポンプ装置を起電部へ燃料を供給するための燃 料供給装置として用いている燃料電池に関するものである。
背景技術
[0002] 複数の流体を所定の比率で混合して吐出するミキシングポンプ装置として は、 単一のポンプ室に複数の流体を吸引して、 当該ポンプ室内で混合して混 合流体を形成し、 当該ポンプ室から混合流体を吐出するものが知られている 。 特許文献 1には、 高速液体クロマトグラフィ装置において、 複数種類の溶 媒をプランジャポンプで吸引して混合し、 得られた混合流体をカラムに向け て吐出するミキシングポンプ装置が開示されている。
[0003] ここに開示のミキシングポンプ装置では、 ステッピングモータの回転を力 ム機構を介してプランジャに伝達してポンプ室の内容積を增減させるように なっている。 流体の吸引工程では、 ポンプ室を拡大する間、 ポンプ室に連通 している 2本の流入路の各々に配置されたバルブを順に開き、 ポンプ室内に 各流入路を介して流体を吸引して、 ポンプ室内で混合している。 この後は、 吐出工程を実行して、 ポンプ室を縮小してポンプ室から混合液体を吐出して いる。
特許文献 1 ：特許第 3 1 1 7 6 2 3号公報
[0004] 特許文献 1に開示のミキシングポンプ装置では、 カム機構を介して、 ス亍 ッビングモータの一方への回転運動を、 プランジャの往復運動に変換し、 こ れによりポンプ室の内容積を増減させている。 このため、 フォトインタラブ タなどによりカムの位置を検出し、 カムの位置に基づきポンプの作動段階を 検出する検出手段が必要である。 このように、 ポンプの作動段階を検出する ための機構が必要であるので、 装置構成が複雑化し、 小型化および低コスト 化を図ることが困難である。
発明の開示
[0005] 本発明の課題は、 ポンプの作動段階を検出することなく、 複数の流体を所 定の比率で混合して供給することのできるミキシングポンプ装置、 および、 このミキシングポンプ装置を備えた燃料電池を提供することにある。
[0006] 上記課題を解決するために、 本発明のミキシングポンプ装置は、
ポンプ室と、
このポンプ室の内容積を増減させるために当該ポンプ室に配置した変位部 材と、
前記変位部材を変位させるためのモータを備えた駆動装置と、 前記ポンプ室に連通している複数本の流入路と、
前記ポンプ室に連通している流出路と、
前記流入路のそれぞれに配置され、 これらの流入路を独立して開閉する流 入側バルブと、
前記流出路を開閉する流出側バルブと、
前記駆動装置、 前記流入側バルブぉよび前記流出側バルブを制御する制御 装置とを有し、
前記駆動装置は、 前記モータが第 1方向に回転したときに前記ポンプ室の 内容積が増加する方向に前記変位部材を変位させ、 前記モータが第 2方向に 回転したときに前記ポンプ室の内容積が減少する方向に前記変位部材を変位 させることを特徴としている。
[0007] 本発明のミキシングポンプ装置の吸引工程では、 流出側バルブを閉じ、 流 入側バルブを順次に開閉しながら変位部材を変位させることにより、 複数本 の流入路の各々からポンプ室に順次に流体が吸引され、 ポンプ室内において 混合される。 また、 吐出工程では、 流入側バルブを閉じ、 流出側バルブを開 いた状態で変位部材を逆方向に変位させることにより、 ポンプ室内の流体が 流出路に吐出される。
[0008] 駆動装置は、 モータが第 1方向に回転したときにはポンプ室の内容積が増 加する方向に変位部材を変位させ、 モータが第 1方向とは逆の第 2方向に回 転したときにはポンプ室の内容積が減少する方向に変位部材を変位させる。 このため、 モータが第 1方向に回転している間が吸引工程であり、 第 2方向 に回転している間が吐出工程である。 したがって、 変位部材の変位位置、 あ るいは、 変位部材に連結されている動力伝達部材などの位置を検出する必要 がない。 よって、 モータの一方への回転をカム機構を介してプランジャに伝 達する従来のミキシングポンプ装置に必要な、 カムの位置などを検出するた めのフォトインタラプタなどを備えた検出機構が不要となり、 ミキシングポ ンプ装置の小型化、 コンパクト化を実現できる。
[0009] ここで、 複数本の前記流出路を前記ポンプ室に連通させ、 各流出路に前記 流出側バルブを配置してもよい。
[0010] また、 前記流入路および前記流出路を、 互いに独立して前記ポンプ室に連 通させるようにしてもよい。
[001 1 ] さらに、 前記変位部材としてダイヤフラムを用いることができる。
[001 2] 次に、 前記制御装置は、 前記流出側バルブを閉じた状態で前記変位部材を 前記ポンプ室の内容積を増加させる方向に変位させる吸引工程において、 前 記流入路のそれぞれから流入する各流体のうち、 混合比が最も低い流体が前 記ポンプ室に流入する前に、 当該流体よりも混合比の高い流体の少なくとも 一部が前記ポンプ室に流入するように、 各流入側バルブの開閉を制御するこ とを特徴としている。 このようにポンプ室への流体の吸引動作を制御するこ とにより、 吸引した各流体を、 ポンプ室内に偏在させることなく確実に混合 することができる。
[001 3] また、 前記制御装置は、 各流入路から前記ポンプ室に流入する各流体の流 入量を制御することにより、 前記ポンプ室内に形成される混合流体を構成す る各流体の混合比、 および、 前記ポンプ室から前記流出路に吐出する前記混 合流体の吐出量を、 それぞれ制御することを特徴としている。
[0014] 次に、 本発明の燃料電池は、 起電部と、 当該起電部に燃料を供給する燃料 供給装置とを有し、 前記燃料供給装置は、 上記構成のミキシングポンプ装置 であることを特徴としている。
[001 5] ここで、 本発明の燃料電池で用いられる燃料は、 プロトンを発生可能な含 水素流体である。 この場合、 前記含水素流体は、 アルコールを含んでいるこ とが好ましい。 例えば、 前記含水素流体は、 メチルアルコールおよびェチル アルコールのうちの少なくとも一方を含んでいることが好ましく、 これらの アルコールの水溶液であることが好ましい。 このようなアルコールであれば 、 プロトンを発生させるために必要なエネルギーが小さくて済むので、 発電 効率を向上することができる。 なお、 含水素流体 （燃料） としては、 ェチレ ングリコール水溶液ゃジメチルエーテル水溶液を用いてもよい。
[001 6] また、 本発明の燃料電池は、 さらに、 前記ミキシングポンプ装置のポンプ 室に未調製燃料を供給する未調製燃料タンクを有しており、 前記複数本の流 入路には、 前記未調製燃料タンクから供給される前記未調製燃料を前記ボン プ室に流入させるための未調製燃料流入路と、 水を含む希釈液を前記ポンプ 室に流入させるための希釈液流入路とが含まれていることを特徴としている
[001 7] このように構成すると、 未調製燃料タンクから未調製燃料流入路を介して 供給された未調製燃料と、 希釈液流入路を介して供給された希釈液とを混合 して最適組成の燃料を供給することができる。 ここで、 未調製燃料は、 例え ば、 アルコール、 あるいは最適濃度よりも高濃度のアルコール水溶液であり 、 希釈液は水、 あるいは最適濃度よりも低濃度のアルコール水溶液である。 また、 未調製燃料が最適濃度のアルコール水溶液である場合、 かかるアルコ ール水溶液を希釈せずに、 起電部に供給してもよい。
[001 8] ここで、 前記希釈液流入路を介して、 前記起電部で生成された生成水を含 む水が前記ポンプ室に流入させることができる。 例えば、 起電部で生成され た生成水を水タンクに回収し、 この水タンクから希釈液流入路を介してボン プ室に導入することができる。 このように構成すると、 起電部で生成された 生成水を効率よく再利用することができるので、 水の放出を最小限に抑える ことができ、 さらには、 水の放出を無くすことも可能となる。 [0019] 次に、 前記ポンプ室には複数本の前記流出路が連通している場合には、 こ れらの流出路の一つを前記起電部に冷却液を供給するための冷却液流出路と して用いることができる。 このように構成すると、 本発明を適用したミキシ ングポンプ装置によって起電部の冷却を行うことができ、 専用の冷却水供給 装置が不要である。
[0020] このような冷却を行う場合、 前記流入路から水のみを吸入し、 前記冷却液 流出路は、 前記冷却液として冷却水を前記起電部に供給することが好ましい 。 このように構成した場合、 冷却水も回収して希釈液として用いることがで きる。 すなわち、 起電部を冷却した後の冷却水を水タンクに回収し、 回収し た水を水タンクから希釈液流入路を介してポンプ室に導入してもよい。 この ように構成すると、 冷却水を効率よく再利用することができので、 水の放出 を最小限に抑えることができ、 さらには、 水の放出を無くすことも可能とな る。
[0021 ] 本発明のミキシングポンプ装置では、 吸引工程ではモータが第 1方向に回 転し、 吐出工程はモータが第 2方向に回転する。 従って、 モータの一方への 回転をカム機構を介してプランジャに伝達する構成と違って、 カム、 プラン ジャなどの位置をフォトインタラプタなどを備えた検出機構によって監視す る必要がない。 それ故、 本発明によれば、 装置構成を簡素化できるので、 小 型化および低コスト化を図ることができる。
[0022] 一方、 本発明に係るミキシングポンプ装置を燃料電池の燃料供給装置とし て用いれば、 未調製燃料と希釈液とを混合して最適組成の燃料を起電部に供 給することができる。 また、 起電部で生成された水を希釈液として再利用す ることができる。 さらに、 ミキシングポンプ装置から起電部に冷却水を供給 することができるとともに、 冷却水を回収して希釈液として再利用すること もできる。
図面の簡単な説明
[0023] [図 1 ]本発明を適用したミキシングポンプ装置の基本構成を示す概念図である [図 2A]図 1に示すミキシングポンプ装置の動作を示すタイミングチヤ一卜で ある。
[図 2B]変位部材の位置と分解能との関係を示す説明図である。
[図 3A]ダイヤフラムの変形に関する説明図である。
[図 3B]ダイヤフラムの変形に関する説明図である。
[図 3C]ダイヤフラムの変形に関する説明図である。
[図 3D]ダイヤフラムの変形に関する説明図である。
[図 4]本発明を適用したミキシングポンプ装置の基本構成を示す概念図である
[図 5A]本発明を適用したミキシングポンプ装置の斜視図である。
[図 5B]図 5 Aに示すミキシングポンプ装置の流路などを平面的に示す説明図 である。
[図 6]図 5 Aのミキシングポンプ装置を斜め上方からみたときの分解斜視図で ある。
[図 7]図 5 Aのミキシングポンプ装置の断面構成を示す説明図である。
[図 8]図 5 Aのミキシングポンプ装置を縦に分割した状態の分解斜視図である
[図 9A]図 8に示すミキシングポンプ装置においてポンプ室の内容積を膨張さ せた状態を示す説明図である。
[図 9B]図 8に示すミキシングポンプ装置においてポンプ室の内容積を収縮さ せた状態を示す説明図である。
[図 10A]図 8に示すポンプ機構の回転体に用いたロータの斜視図である。
[図 10B]図 1 0 Aに示すロータの平面図である。
[図 10C]図 1 O Aに示すロータの断面図である。
[図 1 1 A]図 8に示すポンプ機構の回転体に用いた移動体の斜視図である。
[図 1 1 B]図 1 1 Aに示す移動体の平面図である。
[図 1 1 C]図 1 1 Aに示す移動体の断面図である。
[図 1 2]本発明を適用したミキシングポンプ装置のアクティブバルブとして用 いたバルブの要部を軸線方向に切断したものを斜め上方からみたときの説明 図である。
[図 13]図 1 2に示すバルブの磁力線を示す説明図である。
[図 14]本発明のミキシングポンプ装置を使用した燃料電池の構造を模式的に 示すプロック図である。
発明を実施するための最良の形態
[0024] 以下、 図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
[0025] 図 1は、 本発明を適用したミキシングポンプ装置の基本構成を示す概念図 である。 図 1に示すように、 ミキシングポンプ装置 1はポンプ室 2を備えて おり、 このポンプ室 2には、 複数個、 本例では 2個の吸引ポート 3 0 a、 3 0 bと、 複数個、 本例では 2個の吐出ポート 4 0 a、 4 0 bとが形成されて いる。 吸引ポート 3 0 a、 3 0 bには、 それぞれ、 流入路 3 a、 3 bが連通 しており、 吐出ポート 4 0 a、 4 O bには、 それぞれ、 流出路 4 a、 4匕が 連通している。 これらポンプ室 2、 吸引ポート 3 0 a、 3 0 b、 吐出ポート 4 0 a、 4 0 b、 流入路 3 a、 3 b、 および、 流出路 4 a、 4 bによってポ ンプ装置本体 7が構成されている。
[0026] 吸引ポート 3 0 a、 3 O bには、 これらを個別に開閉するための流入側ァ クティブバルブ 5 a、 5 bが配置されている。 吐出ポート 4 0 a、 4 O bに も、 これらを個別に開閉するための流出側アクティブバルブ 6 a、 6 bが配 置されている。 これらの流入側アクティブバルブ 5 a、 5 bおよび、 流出側 アクティブバルブ 6 a、 6 bは、 制御装置 1 8によって開閉駆動される。
[0027] また、 ポンプ室 2の内周面の一部は、 ピストン、 ダイヤフラムなどの変位 部材 1 7によって規定されている。 変位部材 1 7はポンプ室の内外方向に変 位可能であり、 本例では、 ステッピングモータ 1 2を備えた駆動装置 1 0 5 によって変位部材 1 7を変位させるようになつている。 これら変位部材 1 1 および駆動装置 1 0 5によってポンプ駆動機構 1 3が構成されている。 駆動 装置 1 0 5のステッピングモータ 1 2が一方に回転したときにポンプ室 2の 内容積が増加する A方向に変位部材 1 7が変位し、 ステッピングモータ 1 2 が逆方向に回転したときにポンプ室 2の内容積が減少する B方向に変位部材 1 7が変位する。
[0028] この構成のミキシングポンプ装置 1の吸引工程では、 制御装置 1 8によつ て、 例えば一方の流入側アクティブバルブ 5 bを開き、 他方の流入側ァク亍 ィブバルブ 5 aおよび流出側アクティブバルブ 6 a、 6 bを閉じた状態で、 駆動装置 1 0 5により変位部材 1 7を A方向に変位させることにより、 流入 路 3 bから吸引ポート 3 0 bを介して流体 L Bをポンプ室 2に吸引する。 次 に、 流入側アクティブバルブ 5 a、 5 bの開閉状態を切り換えて変位部材 1 7を A方向に更に変位させることにより、 他方の流入路 3 aから吸引ポート 3 0 aを介して流体 L Aをポンプ室 2に吸引する。 吸引された流体 L A、 L Bはポンプ室 2内において混合される。
[0029] ミキシングポンプ装置 1の吐出工程では、 例えば、 制御装置 1 8によって —方の流出側アクティブバルブ 6 aを開き、 他方の流出側アクティブバルブ 6 bおよび流入側アクティブバルブ 5 a、 5 bを閉じた状態で、 駆動装置 1 0 5により変位部材 1 7を B方向に変位させることにより、 混合流体をボン プ室 2から吐出ポート 4 0 aを介して流出路 4 aに吐出する。 流出側ァクテ イブバルブ 6 a、 6 bの開閉状態を切り換えて変位部材 1 7を B方向に更に 変位させることにより、 他方の吐出ポート 4 0 bから流出路 4 bに混合流体 を吐出することができる。
[0030] ここで、 ミキシングポンプ装置 1では、 このような吸引工程および吐出ェ 程の間において、 以下に説明する補正工程を実行している。
[0031 ] 図 2 Aおよび 2 Bは、 図 1に示すミキシングポンプ装置の動作を示すタイ ミングチャートおよび変位部材の位置と分解能との関係を示す説明図である 。 図 2 Aを参照して、 ミキシングポンプ装置 1の動作を具体的に説明する。 以下の説明は、 2本の流入路 3 a、 3 bを介して吸引される第 1の液体 L A と第 2の液体 L Bの流入量の比 （混合比） が 1 ： 5の場合である。
[0032] 図 2 Aにおいて、 最上段には、 ポンプ駆動機構 1 3による吸引動作、 吐出 動作を示してあり、 ポンプ駆動機構 1 3による吸引動作は、 ステッピングモ 一夕 1 2が例えば、 時計回りに回転して変位部材 1 7がポンプ室 2の内容積 を増加させる A方向 （図 1参照） に変位することにより行われる。 ポンプ駆 動機構 1 3による吐出動作は、 ステッピングモータ 1 2が例えば反時計回り に回転して変位部材 1 7がポンプ室 2の内容積を減少させる B方向 （図 1参 照） に変位することにより行われる。 ポンプ駆動機構 1 3の停止は、 ステツ ビングモータ 1 2に対する給電が停止することにより、 行われる。
[0033] なお、 流入側アクティブバルブ 5 a、 5 bおよび流出側アクティブバルブ 6 a、 6 bのいずれも、 正のパルスが入力された以降は開状態とされ、 負の パルスが入力された時点で閉状態に切り換わる。 また、 負のパルスが入力さ れた以降は閉状態とされ、 正のパルスが入力された時点で開状態に切り換わ る。
[0034] 図 2 Aにおいて、 まず、 時点 t 1では、 ステッピングモータ 2への給電が 停止されており、 ポンプ駆動機構 1 3は停止状態にある。 また、 時点 1ま では全てのアクティブバルブ 5 a、 5 b、 6 a、 6 bが閉状態にある。
[0035] この状態で時点 t 1において、 2つの流入側アクティブバルブ 5 a、 5 b のうち、 液体 L Bに対応する流入路 3 bに配置された流入側アクティブバル ブ 5 bのみが開状態に切り換わる。 次に、 時点 t 2でステッピングモータ 1 2に給電されてステッピングモータ 1 2が時計回りに回転して変位部材 1 7 をポンプ室 2の内容積を増加させる A方向に変位させる。 この結果、 流入路 3 bからポンプ室 2に液体 L Bが流入する。 ステッピングモータ 1 2に 1 2 5ステップ分のパルスが入力された後の時点 t 3において、 ステッピングモ ータ 1 2への給電が停止して、 変位部材 1 7も停止する。 同時に、 流入側ァ クティブバルブ 5 bが開状態から閉状態に切り換わる。 その結果、 流入路 3 からポンプ室 2への液体 L Bの流入が停止する。 この吸引動作によって、 液体 L Bの全流入量の 1 Z 2がポンプ室 2に流入する。
[0036] 次に、 時点 t 4において、 流入側アクティブバルブ 5 aのみが開状態に切 り換わり、 時点 t 5でステッピングモータ 1 2に給電して、 ステッピングモ ータ 1 2が同一方向 （時計回り） に回転して、 変位部材 1 7が同一方向 （ポ ンプ室 2の内容積を増加させる A方向） にさらに変位する。 この結果、 流入 路 3 aからポンプ室 2に液体 L Aが流入する。 そして、 ステッピングモータ 1 2に 5 0ステップ分のパルスが入力された後の時点 t 6において、 ステツ ビングモータ 1 2への給電が停止して、 変位部材 1 7の変位も停止する。 同 時に、 流入側アクティブバルブ 5 aが開状態から閉状態に切り換わる。 その 結果、 流入路 3 aからポンプ室 2への液体 L Aの流入が停止する。 この吸引 動作によって、 液体 L Aの全流入量がポンプ室 2に流入する。
[0037] 次に、 時点 t 7において、 再び流入側アクティブバルブ 5 bのみが開状態 に切り換わり、 時点 t 8でステッピングモータ 1 2に給電してステッピング モータ 1 2を同一方向 （時計回り） に回転する。 これにより、 変位部材 1 7 が同一方向 （ポンプ室 2の内容積を增加させる A方向） にさらに変位して、 流入路 3 bからポンプ室 2に液体 L Bが流入する。 そして、 ステッピングモ 一夕 1 2に 1 2 5ステップ分のパルスが入力された後の時点 t 9において、 ステッピングモータ 1 2への給電が停止して、 ピストン 1 7の変位も停止す る。 同時に、 流入側アクティブバルブ 5 bが開状態から閉状態に切り換わる 。 その結果、 流入路 3 bからポンプ室 2への液体 L Bの流入が停止する。 そ れにより、 液体 L Bの全流入量の残りの 1 2がポンプ室 2に流入する。
[0038] 以上により吸引工程が終了した後は、 時点 t 1 0および時点 t 1 1の間に おいて、 補正工程を実行した後に、 吐出工程に切り換わる。 補正工程につい ては後に説明するものとし、 まず、 時点 t 1 1から開始される吐出工程につ いて説明する。
[0039] 時点 t 1 1において、 2つの流出側アクティブバルブ 6 a、 6 bのうち、 流出側アクティブバルブ 6 aのみが開状態に切り換わり、 時点 t 1 2でス亍 ッビングモータ 1 2に給電されてステッピングモータ 1 2が逆方向である反 時計回りに回転する。 これにより変位部材 1 7はポンプ室 2の内容積を減少 させる B方向に変位して、 ポンプ室 2の混合液体が流出路 4 aから吐出され る。 そして、 ステッピングモータ 1 2に 1 5 0ステップ分のパルスが入力さ れた後の時点 t 1 3において、 ステッピングモータ 1 2への給電が停止する と、 変位部材 1 7の変位が停止する。 同時に、 流出側アクティブバルブ 6 a が開状態から閉状態に切り換わる。 その結果、 ポンプ室 2に流入した液体の 1 2に相当する量の混合液体が流出路 4 aから吐出される。
[0040] 次に、 時点 t 1 4において、 2つの流出側アクティブバルブ 6 a、 6 の うち、 流出側アクティブバルブ 6 bのみが開状態に切り換わり、 時点 t 1 5 でステッピングモータ 1 2に給電されてステッピングモータ 1 2が同一方向 (反時計回り） に回転して変位部材 1 7がポンプ室 2の内容積を減少させる B方向にさらに変位して、 ポンプ室 2の混合流体が流出路 4 bから吐出され る。 そして、 ステッピングモータ 1 2に 1 5 0ステップ分のパルスが入力さ れた後の時点 t 1 6において、 ステッピングモータ 1 2への給電が停止して 、 変位部材 1 7の変位が停止する。 同時に、 流出側アクティブバルブ 6 bが 開状態から閉状態に切り換わる。 その結果、 ポンプ室 2に流入した液体の 1 2に相当する量の混合液体が流出路 4 bから吐出される。 この後は、 時点 t 1 7および時点 t 1 8の間において補正工程を実行した後に、 動作を終了 する。
[0041 ] ここで、 時点 t 1 0から時点 t 1 1までの期間、 および時点 t 1 7から時 点 t 1 8までの期間において行われる補正工程を説明する。 変位部材 1 7の 変位方向が切り換わる時点、 すなわち、 吸引工程から吐出工程に切り換わる 上死点、 および吐出工程から吸引工程に切り換わる下死点では、 図 2 Bに示 すように、 位置決めの分解能が低い傾向にある。 このような傾向は、 例えば 、 駆動装置 1 0 5に歯車機構を用いた場合には、 そのバックラッシュが原因 となって発生する。 また、 変位部材 1 7も、 上死点や下死点では動作に応答 遅れが生じて位置ずれが発生しゃすい。
[0042] 特に、 変位部材 1 7としてダイヤフラムを用いた場合には、 ダイヤフラム の変位方向が切り換わる上死点や下死点において、 変位に応答遅れが発生し やすい。 また、 ダイヤフラムの形状は、 ポンプ室 2の内圧と大気圧との圧力 差を受けやすい。 この点を図 3 A〜 3 Dを参照して説明する。
[0043] 例えば、 図 3 Aに示すように、 ポンプ室 2の内圧が大気圧に等しい場合に は、 圧力差の影響でダイヤフラム 1 7 0に不要な変位が発生することはない 。 図 3 Bに示すように、 ポンプ室 2の内圧が大気圧より大きい場合には、 そ の圧力差分だけ、 ダイヤフラム 1 7 0が膨らんだ状態となる。 逆に、 図 3 C に示すように、 ポンプ室 2の内圧が大気圧より低い場合には、 その圧力差分 だけ、 ダイヤフラム 1 7 0が収縮した状態となる。
[0044] 従って、 吸引動作を終了した時点 t 9においてポンプ室 2が負圧となって いるときには、 図 3 Cに示す状態になりやすい。 また、 吐出動作を終了した 時点 t 1 6においてポンプ室 2が正圧となっているときには、 図 3 Bに示す 状態になりやすい。 このため、 図 3 Cに示す状態で、 時点 t 1 1で流出側ァ クティブバルブ 6 aが開状態になってポンプ室 2と流出管 4 aのバルブ 6 a より流出口 4 0 a側とが連通すると、 流出管 4 aの流出口 4 0 a側にあった 混合液が、 揚程差によってポンプ室 2に逆流するおそれがある。 このような 事態が発生すると、 混合液の吐出量が予定の量より少なくなつてしまう。 ま た、 図 3 Bに示す状態で、 時点 t 1で流入側アクティブバルブ 5 bが開状態 になってポンプ室 2と流入管 3 bのバルブ 5 bより流入口 3 0 b側とが連通 すると、 ポンプ室 2の混合液が流入管 3 bから逆流し、 第 2の液体 L Bの流 入量が予定の量より少なくなつてしまう。
[0045] —方、 吸引を終了した時点 t 9、 あるいは吐出を終了した時点 t 1 6でポ ンプ室 2が大気圧と同等であっても、 図 3 Dに示すように、 流出管 4 a、 4 bが上方にあって流入管 3 a、 3 bが下方に位置するような場合、 次のよう な問題が発生する。 まず、 時点 t 9で吸入を終了した後において、 ポンプ室 2の圧力は、 流入側アクティブバルブ 5 bの外側の圧力と同等であるため、 時点 t 1 1で流出側アクティブバルブ 6 aが開状態になってポンプ室 2と流 出管 4 aの流出口 4 0 a側とが連通すると、 流出管 4 aのバルブ 6 aより流 出口 4 0 b側にあった混合液が、 揚程差によってポンプ室 2に逆流するおそ れがある。 このような事態が発生すると、 ダイヤフラム 1 7 0が駆動される 前にダイヤフラム 1 7 0が膨らんでしまい、 混合液の吐出量が予定の量より 少なくなつてしまう。 また、 吐出を終了した時点 t 1 6でポンプ室 2が大気 圧と同等であっても、 時点 t 1 6で吐出を終了した後において、 ポンプ室 2 の圧力は、 流出側アクティブバルブ 6 bの外側の圧力と同等であるため、 再 度の吸引の際、 時点 t 1において、 流入側アクティブバルブ 5 bが開状態に なってポンプ室 2と流入管 3 bの流入口側 3 0 bとが連通すると、 混合液が 流入管 3 bを逆流するおそれがある。 このような事態が発生すると、 ダイヤ フラム 1 7 0が駆動される前にダイヤフラム 1 7 0が凹んでしまい、 第 2の 液体 L Bの流入量が予定の量より少なくなつてしまう。
[0046] このような弊害を回避するために、 吸引工程から吐出工程に切り換わる際 、 および吐出工程から吸引工程に切り換わる際に、 変位部材 1 7の位置を補 正するための補正工程が実行される。 吸引工程から吐出工程に切り換わる際 には、 ポンプ室 2の内容積を減少させる方向に変位部材 1 7をわずかに変位 させ、 吐出工程から吸引工程に切り換わる際には、 ポンプ室 2の内容積を增 加させる方向に変位部材 1 7をわずかに変位させる。
[0047] さらに詳しく説明すると、 図 2 Aに示すように、 吸引を終了した後、 吐出 を開始する前の時点 t 1 0から時点 t 1 1において、 ステッピングモータ 1 2に給電してステッピングモータ 1 2を反時計回りに回転させてポンプ室 2 の内容積が減少する方向に変位部材 1 7を変位させる。 逆に、 吐出を終了し た後、 次の吸引を開始する前の時点 t 1 7から時点 t 1 8において、 ステツ ビングモータ 1 2に給電してステッピングモータ 1 2を時計回りに回転させ てポンプ室 2の内容積が増加する方向に変位部材 1 7を変位させる。
[0048] ここで、 補正工程においては、 予め設定した条件にしたがって、 制御装置
1 8の制御の下に、 バルブ 5 a、 5 b、 6 a、 6 bおよび変位部材 1 7を駆 動することができる。
[0049] また、 吸引から吐出に切り換わる際、 および吐出から吸引に切り換わる際 に、 閉状態から開状態に切り換えられるバルブ 5 b、 6 aの両側位置の圧力 差を直接、 あるいは間接的に監視し、 補正工程では、 その監視結果に基づい て、 かかる圧力差を解消する方向に変位部材 1 7を変位させる方法を採用し てもよい。 [0050] バルブ 5 b、 6 aの両側位置の圧力差を直接、 監視するためには、 ポンプ 室 2、 流入管 3 bにおけるバルブ 5 bの外側位置、 および流出管 4 aにおけ るバルブ 6 aの外側位置に圧力センサを配置しておき、 これらの圧力センサ による検出結果に基づき圧力差を検出すればよい。 また、 バルブ 5 b、 6 a の両側位置の圧力差を間接的に監視するためには、 流出管 4 aの流出口 4 0 aの高さ位置を測定しておき、 図 3 Dに示す第 2の液体 L Bの液面位置を監 視すればよい。
[0051 ] 以上説明したように、 ミキシングポンプ装置 1では、 ステッピングモータ
1 2が一方方向に回転したときにポンプ室 2の内容積が増加する A方向に変 位部材 1 7が変位し、 ステッピングモータ 1 2が逆方向に回転したときにポ ンプ室 2の内容積が減少する B方向に変位部材 1 7が変位する。 このため、 変位部材 1 7の位置にかかわらず、 ステッピングモータ 1 2が一方方向に回 転している間、 流出路 4 a、 4 bに配置したアクティブバルブ 6 a、 6 bを 閉状態とし、 流入路 3 a、 3 bに配置したアクティブバルブ 5 a、 5 bを順 次に開閉させるだけで、 複数種類の流体を所定の比率でポンプ室 2に吸引す ることができる。 また、 ステッピングモータ 1 2が逆方向に回転している間 、 流入路 3 a、 3 bに配置したアクティブバルブ 5 a、 5 bを閉状態とし、 流出路 4 a、 4 bに配置したアクティブバルブ 6 a、 6 bの一方あるいは双 方を開状態にするだけで、 ポンプ室 2から混合流体を吐出することができる 。 従って、 ステッピングモータ 1 2の回転をカム機構を介して変位部材 1 7 に伝達する構成と違って、 カムの位置などをフォトインタラプタで監視する 必要がない。 それ故、 ミキシングポンプ装置 1の構成を簡素化できるので、 小型化および低コスト化を図ることができる。
[0052] また、 ステッピングモータ 1 2に供給する信号パターンを変えるだけで、 変位部材 1 7の変位量 （ストローク） を容易に変更できる。 従って、 使用す る液体の種類に応じて、 変位部材 1 7の変位量 （ストローク） を最適に設定 できるなどの利点もある。
[0053] さらに、 制御装置 1 8は、 流入路 3 a、 3 bから流入する第 1の液体 L A および第 2の液体 L Bのうち、 混合比が低い第 1の液体 L Aがポンプ室 2に 吸引される前に、 混合比の高い第 2の液体 L Bの一部がポンプ室 2に流入す るように、 アクティブバルブ 5 a、 5 b、 6 a、 6 bの開閉を制御している 。 このため、 第 1の液体 L Aがポンプ室 2の隅、 たとえば、 アクティブバル ブ 5 a付近に偏在することを防止できるので、 第 1の液体 L Aと第 2の液体 L Bとを確実に混合することができる。 特に、 混合比の高い第 2の液体 L B を全量の 1 2に相当する分だけポンプ室 2に吸引した後、 混合比の低い第 1の液体 L Aをポンプ室 2に吸引し、 しかる後に、 第 2の液体 L Bの残り 1 2をポンプ室 2に吸引しているので、 第 1の液体 L Aと第 2の液体 L Bと をより確実に混合することができる。
[0054] さらにまた、 時点 t 1 0から時点 t 1 1までの期間、 および時点 t 1 7か ら時点 t 1 8までの期間に、 補正工程を実行している。 変位部材 1 7が上死 点や下死点に到達した場合でも、 上死点や下死点から戻してから吸引および 吐出を行うことになる。 このため、 吸引量および吐出量の精度が高い。 特に 、 変位部材 1 7がダイヤフラムの場合、 吐出工程から吸引工程に切り換わる 際、 あるいは吸引工程から吐出工程に切り換わる際に、 ダイヤフラムが変位 してもポンプ室の内容積が変化しないという、 不感応状態での変位が発生し 、 吸引量や吐出量がばらつきやすい。 補正工程を挟むことにより、 このよう なバラツキを解消することができる。
[0055] さらに、 変位部材 1 7としてダイヤフラムを用いた場合には、 ポンプ室 2 の内圧と大気圧との圧力差によってダイヤフラムに不要な変形が発生するこ とがある。 補正工程を実行してかかる変形を補正した後に、 吸引および吐出 を行うので、 吸引量および吐出量の精度が高い。
[0056] また、 複数の流入路 3 a、 3 bは、 互いが独立してポンプ室 2に連通して いるため、 例えば、 第 1の液体 L Aが流入路 3 aを経由している際に、 第 1 の液体 L A力 ポンプ室 2内に吸引される前に第 2の液体 L Bと混合してし まうという事態を回避することができる。 従って、 流入路 3 a、 3 bから流 入される複数の流体の流入量を制御することができるため、 第 1の液体 L A と第 2の液体 L Bとの混合比を精度よく制御することができる。
[0057] さらに、 制御装置 1 8によって、 流入路 3 a、 3 bから流入する第 1の液 体 L Aおよび第 2の液体 L Bのうちの一方のみをポンプ室 2に流入するよう にアクティブバルブ 5 a , ， 5 bの開閉を制御することも可能である。 この 場合、 第 1の液体 L Aおよび第 2の液体 L Bのうちの一方のみを吸引し、 他 方と混合させず、 そのまま流出路 4 aあるいは 4 bから吐出させることがで さる。
[0058] [ミキシングポンプ装置の具体的な構成例]
次に、 本発明を適用したミキシングポンプ装置の具体的な構成例を説明す る。
[0059] まず、 理解を容易にするために、 図 4を参照して以下に述べるミキシング ポンプ装置の基本構成を説明する。 本例のミキシングポンプ装置の基本構成 は図 1に示すミキシングポンプ 1 と同一であるので、 図においては対応する 部位に同一の符号を付してある。
[0060] 図 4に示すように、 本例のミキシングポンプ装置 1 Aのポンプ装置本体 7 は、 ポンプ室 2と、 ポンプ室 2に連通する 2つの流入路 3 a、 3 bと、 ボン プ室 2に連通する 6つの流出路 4 a ~ 4 f とを備えている。 2つの流入路 3 a、 3 bおよび 6つの流出路 4 a ~ 4 f は、 互いに独立してポンプ室 2に連 通している。 2本の流入路 3 a、 3 bには、 それぞれ、 流入側アクティブバ ルブ 5 a、 5 bが配置されている。 6本の流出路 4 a ~ 4 f には、 それぞれ 、 流出側アクティブバルブ 6 a ~ 6 f が配置されている。
[0061 ] ポンプ駆動機構 1 3は、 ポンプ室 2の内周面の一部を規定しているダイヤ フラム 1 7 0と、 このダイヤフラム 1 7 0を変位させるためのステッピング モータ 1 2を備えた駆動装置 1 0 5と、 流入側アクティブバルブ 5 a、 5 b および流出側アクティブバルブ 6 a〜 6 f の開閉を制御する制御装置 1 8と を備えている。
[0062] 次に、 図 5 Aおよび図 5 Bは、 ミキシングポンプ装置 1 Aの斜視図および 平面構成図である。 図 6はその分解斜視図であり、 図 7はその断面構成を示 す説明図である。
[0063] これらの図を参照して説明すると、 ミキシングポンプ装置 1 Aは、 ボック ス状のポンプ装置本体 7の一方の面 7 1に、 吸引ポート 30 a、 3 O bおよ び吐出ポート 40 a〜40 f を規定しているパイプが接続されている。 ポン プ装置本体 7は、 ポンプ駆動機構 1 3やアクティブバルブ 5 a、 5 b、 6 a 〜6 f の配線基板 74、 底板 75、 ベース板 76、 後述する流路が溝状に形 成された流路構成板 77、 この流路構成板の上面を覆うことにより流路の上 面を塞ぐ封止シート 78、 前記のパイプが連結された上板 79がこの順に積 層された構造を有している。
[0064] ベース板 76には、 ポンプ駆動機構 1 3やアクティブバルブ 5 a、 5 b、
6 a〜 6 f の配置空間などを構成するための穴 1 37、 67 a〜67 hが形 成されている。 また、 流路構成板 77には、 その中心位置に、 ポンプ室 2を 構成するための丸い貫通穴 2 1が形成されており、 この貫通穴 2 1の周りに は、 流路構成板 77の下面側に、 アクティブバルブ 5 a、 5 b、 6 a~6 f の弁室を構成する凹部 （図示せず） が形成されている。 また、 貫通穴 2 1か らは 8本の溝 4 1 a~4 1 hが放射状に延びている。 また、 流路構成板 77 の溝 4 1 a~4 1 hの近傍には溝 42 a、 42 b - ■などが形成されている
[0065] 8本の溝 4 1 a ~4 1 hによって流入路 3 a、 3 bおよび流出路 4 a~4 f が形成されている。 すなわち、 ベース板 76、 流路構成板 77および封止 シート 78を重ねると、 溝 4 1 a~4 1 f 、 42 a、 42 b - ■ ■によって 流入路 3 a、 3 bおよび流出路 4 a〜 4 f が形成されるとともに、 流入路 3 a、 3 bおよび流出路 4 a〜4 f の各々に流入側アクティブバルブ 5 a、 5 bおよび流出側ァク亍ィブ /くルブ 6 a〜 6 f が配置された状態となる。
[0066] アクティブバルブ 5 a、 5 b、 6 a〜 6 f がポンプ室 2の周りに平面状に 配置されているので、 流入路 3 a、 3 bおよび流出路 4 a〜4 f の各々にお いて流路を短くでき、 かつ、 ミキシングポンプ装置 1 Aの薄型化を図ること ができる。 また、 各流出路 4 a〜4 f からの吐出量のばらつきを抑えること ができるので、 適量の流体を精度よく吐出することができる。 しかも、 複数 の流出路 4 a ~ 4 f では、 ポンプ室 2から流出側アクティブバルブ 6 a ~ 6 f までの流路の長さが等しい。 このため、 各流出路 4 a ~ 4 f を介しての吐 出量を高い精度で制御することができる。 また、 流入口 3 0 a、 3 O bおよ び流出口 4 0 a〜4 0 f は、 ポンプ装置本体 7の同一の面 7 1で開口してい るので、 ミキシングポンプ装置 1 Aと外部との接続が容易である。 さらに、 ポンプ装置本体 7は、 流入路 3 a、 3 bおよび流出路 4 a〜4 f が一方面側 に溝状に形成された流路構成板 7 7と、 この路構成板 7 7の一方面側に重ね て配置された封止シート 7 8とを備えているため、 小型のポンプ装置本体 7 に対して多数の流路を形成でき、 かつ、 ミキシングポンプ装置 1 Aを効率よ く生産できる。
[0067] さらにまた、 2つ流入路 3 a、 3 bおよび 6つの流出路 4 a〜 4 f の構成 は互いに同一で、 かつ、 流入側アクティブバルブ 5 a、 5 bおよび流出側ァ クティブバルブ 6 a ~ 6 f の構成は互いに同一である。 このため、 流入路 3 a， 3 bおよび流出路 4 a ~ 4 f についてはいずれを流入路 3 a、 3 bある いは流出路 4 a ~ 4 f として利用してもよい。 従って、 2種類の液体に限ら ず、 3種類以上の液体を混合し、 吐出することもできる。
[0068] (ポンプ駆動機構の詳細構成）
図 8〜図 1 1を参照して、 ミキシングポンプ装置 1 Aに組み込まれている ポンプ駆動機構 1 3を説明する。 図 8は、 ミキシングポンプ装置 1 Aを縦に 分割した状態の分解斜視図である。 図 9 Aおよび 9 Bは、 ポンプ室を膨張さ せた状態を示す説明図、 およびポンプ室を収縮させた状態を示す説明図であ る。 図 1 O A〜1 O Cはそれぞれ、 図 8に示すポンプ駆動機構の回転体に用 いたロータの斜視図、 平面図、 および断面図である。 図 1 1 A〜1 1 Cはそ れぞれ、 図 8に示すポンプ駆動機構の回転体に用いた移動体の斜視図、 平面 図および断面図である。
[0069] 図 8および図 9 Aに示すように、 ポンプ駆動機構 1 3は、 概ね、 流入路 3 a、 3 bおよび流出路 4 a〜4 f に連通するポンプ室 2を膨張収縮させて液 体の吸入および吐出を行う変位部材としてのダイヤフラム 1 7 0と、 ダイヤ フラム 1 7 0を駆動する駆動装置 1 0 5とを備えている。
[0070] 駆動装置 1 0 5は、 環状のステータ 1 2 0と、 このステータ 1 2 0の内側 に同軸状に配置された回転体 1 0 3と、 この回転体 1 0 3の内側に同軸状に 配置された移動体 1 6 0と、 回転体 1 0 3の回転を移動体 1 6 0を軸線方向 に移動させる力に変換して移動体 1 6 0に伝達する変換機構 1 4 0とを備え ている。 駆動装置 1 0 5は、 ベース板 7 6に形成された空間内において、 底 板 7 5とベース板 7 6との間に搭載された状態にある。
[0071 ] ス亍ータ 1 2 0は、 ボビン 1 2 3に巻回されたコイル 1 2 1、 およびコィ ル 1 2 1を覆うように配置された 2枚のヨーク 1 2 5からなるユニットが軸 線方向に 2段に積層された構造になっている。 上下 2段の各ュニットにおい て、 2枚のヨーク 1 2 5の内周縁から軸線方向に突き出た極歯が周方向に交 互に並んでいる。
[0072] 図 8、 図 9および図 1 O A ~ 1 O Cに示すように、 回転体 1 0 3は、 上方 に開口する力ップ状部材 1 3 0と、 このカツプ状部材 1 3 0の円筒状の胴部 1 3 1の外周面に固着された環状のロータマグネット 1 5 0とを備えている 。 カップ状部材 1 3 0の底壁1 3 3の中央には、 軸線方向上側に凹む凹部 1 3 5が形成され、 底板 7 5には、 凹部 1 3 5内に配置されたポール 1 1 8を 受ける軸受部 7 5 1が形成されている。 また、 ベース板 7 6の上端側の内面 には環状段部 7 6 6が形成されている。 カップ状部材 1 3 0の上端部分には 、 胴部 1 3 1の上端部分と環状のフランジ部 1 3 4とによって、 ベース板 7 6側の環状段部 7 6 6に対向する環状段部が形成されている。 これらの環状 段部で区画形成された環状空間内には、 環状のリ亍ーナ 1 8 1およびこのリ 亍ーナ 1 8 1によって周方向に離間した位置に保持されたベアリングボール 1 8 2からなる軸受 1 8 0が配置されている。 このようにして、 回転体 1 0 3は、 軸線周りに回転可能な状態でポンプ装置本体 7に支持された状態にあ る。
[0073] ロータマグネット 1 5 0の外周面は、 ス亍ータ 1 2 0の内周面に沿って周 方向に並ぶ極歯に対向している。 ロータマグネット 1 5 0の外周面では、 S 極と N極が周方向に交互に並んでおり、 ステータ 1 2 0とカップ状部材 1 3 0がステツビングモータを構成している。
[0074] 図 8、 図 9および図 1 1 A〜 1 1 Cに示すように、 移動体 1 6 0は、 底壁
1 6 1 と、 底壁 1 6 1の中央から軸線方向に突き出た円筒部 1 6 3と、 この 円筒部 1 6 3の周りを囲むように円筒状に形成された胴部 1 6 5とを備えて おり、 胴部 1 6 5の外周には雄ネジ 1 6 7が形成されている。
[0075] 回転体 1 0 3の回転によって移動体 1 6 0を軸線方向で往復移動させるた めの変換機構 1 4 0を構成するために、 図 8、 図 9、 図 1 O A〜 1 O Cおよ び図 1 1 A〜 1 1 Cに示すように、 力ップ状部材 1 3 0の胴部 1 3 1の内周 面には、 周方向に離間する 4箇所に雌ネジ 1 3 7が形成されている。 また、 移動体 1 6 0の胴部1 6 5の外周面には、 カップ状部材 1 3 0の雌ネジ 1 3 7に係合して動力伝達機構 1 4 1を構成する雄ネジ 1 6 7が形成されている 。 従って、 雄ネジ 1 6 7と雌ネジ 1 3 7とが嚙み合うようにカップ状部材 1 3 0の内側に移動体 1 6 0を配置すれば、 移動体 1 6 0はカツプ状部材 1 3 0の内側に支持された状態となる。
[0076] 移動体 1 6 0の底壁1 6 1には、 周方向に 6個の長穴 1 6 9が貫通穴とし て形成されている一方、 ベース板 7 6からは 6本の突起 7 6 9が延びて、 突 起 7 6 9の下端部が長穴 1 6 9に嵌ることにより、 供回り防止機構 1 4 9が 構成されている。 すなわち、 カップ状部材 1 3 0が回転した際、 移動体 1 6 0は、 突起 7 6 9と長穴 1 6 9からなる供回り防止機構 1 4 9によって回転 が阻止されているので、 力ップ状部材 1 3 0の回転は、 その雌ネジ 1 3 7お よび移動体 1 6 0の雄ネジ 1 6 7からなる動力伝達機構 1 4 1を介して移動 体 1 6 0に伝達される結果、 移動体 1 6 1は、 回転体 1 0 3の回転方向に応 じて軸線方向の一方側および他方側に直線移動することになる。
[0077] (変位部材の構成）
再び図 8および図 9 Aを参照して説明すると、 移動体 1 6 0には、 ダイヤ フラム 1 7 0が直接、 連結されている。 ダイヤフラム 1 7 0は、 底壁 1 7 1 と、 底壁 1 7 1の外周縁から軸線方向に立ち上がる円筒状の胴部 1 7 3と、 この胴部 1 7 3の上端から外周側に広がるフランジ部 1 7 5とを備えたカツ プ形状を有しており、 底壁 1 7 1の中央部分が、 移動体 1 6 0の円筒部 1 6 3に被さった状態で、 それらの上下方向から、 止めネジ 1 7 8とキャップ 1 7 9とに固定されている。 また、 ダイヤフラム 1 7 0のフランジ部 1 7 5の 外周縁は肉厚部となっており、 この肉厚部によって液密性が確保され、 また 、 この肉厚部は位置決め部として機能する。 肉厚部は、 流路構成板 7 7の貫 通穴 2 1の周囲において、 ベース板 7 6と流路構成板 7 7との間に固定され ている。 このようにして、 ダイヤフラム 1 7 0は、 ポンプ室 2の下面を規定 し、 かつ、 ポンプ室 2の周りにおいてベース板 7 6と流路構成板 7 7との間 の液密を確保している。
[0078] ダイヤフラム 1 7 0の胴部1 7 3は、 断面 U字状に折り返された状態にあ り、 折り返し部分 1 7 2は、 移動体 1 6 0の位置によって形状が変化するこ とになる。 移動体 1 6 0の円筒部 1 6 3の外周面からなる第 1の壁面 1 6 8 と、 ベース板 7 6から延びた突起 7 6 9の内周面からなる第 2の壁面 7 6 8 との間に構成された環状空間内に、 ダイヤフラム 1 7 0の断面 U字状の折り 返し部分 1 7 2を配置してある。 従って、 図 9 A、 9 Bに示す状態、 および 、 これらの図に示す状態に移行する途中の状態のいずれにおいても、 ダイヤ フラム 1 7 0の折り返し部分 1 7 2は、 環状空間内に保持された状態のまま 、 第 1の壁面 1 6 8および第 2の壁面 7 6 8に沿って展開あるいは巻き上げ るように変形する。
[0079] また、 図 8、 図 9 A、 および図 1 O A〜1 O Cに示すように、 カップ状部 材 1 3 0の底壁1 3 3には、 周方向における 2 7 0 ° の角度範囲にわたって 1本の溝 1 3 6が形成されている一方、 移動体 1 6 0の底面からは下方に向 けて突起 1 6 6が形成されている。 ここで、 移動体 1 6 0は、 軸線回りに回 転しないが、 軸線方向に移動するのに対して、 回転体 1 0 3は、 軸線回りに 回転するが、 軸線方向に移動しない。 従って、 突起 1 6 6と溝1 3 6は、 回 転体 1 0 3および移動体 1 6 0の停止位置を規定するストツバとして機能す る。 すなわち、 溝 1 3 6は、 周方向において深さが変化しており、 移動体 1 6 0が軸線方向の下方に移動すると、 突起 1 6 6が溝1 3 6内に嵌るととも に、 回転体 1 0 3の回転により溝 1 3 6の端部が突起 1 6 6に当接する。 そ の結果、 回転体 1 0 3の回転が阻止され、 回転体 1 0 3および移動体 1 6 0 の停止位置、 すなわちダイヤフラム 1 7 0の内容積の最大膨張位置が規定さ れることになる。
[0080] (ポンプ駆動機構の動作）
このように構成したポンプ駆動機構 1 3において、 ス亍ータ 1 2 0のコィ ル 1 2 1に給電すると、 カップ状部材 1 3 0が回転し、 その回転が変換機構 1 4 0を介して移動体 1 6 0に伝達される。 従って、 移動体 1 6 0は軸線方 向で往復直線運動を行う。 その結果、 ダイヤフラム 1 7 0が移動体 1 6 0の 移動に合わせて変形し、 ポンプ室 2を膨張、 収縮させるので、 ポンプ室 2で は、 流入路 3 a、 3 bからの液体の流入と、 流出路 4 a ~ 4 f に向けての液 体の流出が行われる。 その間、 ダイヤフラム 1 7 0の折り返し部分 1 7 2は 、 環状空間内に保持された状態のまま、 第 1の壁面 1 6 8および第 2の壁面 7 6 8に沿って展開あるいは巻き上げるように変形し、 無理な摺動が発生し ない。 しかも、 ダイヤフラム 1 7 0は、 ポンプ室 2の流体から圧力を受けて も、 環状空間内に内外側とも規定されているため、 変形しない。 さらに、 移 動体 1 6 0の下方位置は、 カップ状部材 1 3 0の溝1 3 6および移動体 1 6 0の突起 1 6 6によって構成されたストツバにより規定されることになる。 よって、 カップ状部材 1 3 0の回転に伴い、 ダイヤフラム 1 7 0は高精度に 変位する。 また、 駆動装置 1 0 5では、 ステッピングモータが一方方向に回 転したときにポンプ室 2の内容積が増加する方向にダイヤフラム 1 7 0を変 位させ、 ステッピングモータが他方方向に回転したときにポンプ室 2の内容 積が減少する方向にダイヤフラム 1 7 0を変位させる。
[0081 ] 以上説明したように、 ポンプ駆動機構 1 3では、 ステッピングモータ機構 による回転体 1 0 3の回転を、 雄ネジ 1 6 7および雌ネジ 1 3 7からなる動 力伝達機構 1 4 1を利用した変換機構 1 4 0を介して移動体 1 6 0に伝達し て、 ダイヤフラム 1 7 0が固定された移動体 1 6 0を往復直線運動させる。 このため、 駆動装置 1 0 5からダイヤフラム 1 7 0まで、 必要最小限の部材 で動力を伝達するので、 ポンプ駆動機構 1 3の小型化、 薄型化および低コス ト化を図ることができる。 また、 動力伝達機構 1 4 1における雄ネジ 1 6 7 および雌ネジ 1 3 7のリード角を小さく、 あるいは駆動側のス亍一夕の極歯 を増加することで、 移動体 1 6 0の微小送りを行うことができる。 従って、 ポンプ室 2の容積を厳密に制御できるので、 高い精度で定量吐出を行うこと ができる。
[0082] さらに、 ダイヤフラム 1 7 0の折り返し部分 1 7 2は、 環状空間内に保持 された状態のまま、 第 1の壁面 1 6 8および第 2の壁面 7 6 8に沿って展開 あるいは巻き上げるように変形し、 無理な摺動が発生しない。 従って、 無駄 な負荷が発生せず、 かつ、 ダイヤフラム 1 7 0の寿命が長い。 また、 ダイヤ フラム 1 7 0は、 ポンプ室 2の流体から圧力を受けても、 変形しない。 それ 故、 ポンプ駆動機構 1 3によれば、 高い精度で定量吐出を行うことができ、 かつ、 信頼性も高い。
[0083] さらにまた、 回転体 1 0 3は、 ポンプ装置本体 7に対してベアリングポー ル 1 8 2を介して軸線周りに回転可能に支持されているため、 摺動ロスが小 さく、 かつ、 回転体 1 0 3は軸線方向に安定して保持されるので、 軸線方向 における推力が安定している。 それ故、 駆動装置 1 0 5の小型化、 耐久性の 向上、 吐出性能の向上を図ることができる。
[0084] なお、 変換機構 1 4 0の動力伝達機構 1 4 1 としてネジを利用したが、 力 ム溝を利用してもよい。 さらに、 変位部材として、 カップ状のダイヤフラム を用いたが、 その他の形状のダイヤフラム、 あるいは Oリングを備えたビス トンを用いてもよい。
[0085] また、 吸引ポートおよび吐出ポー卜の個数は上記以外の個数であってもよ し、。 さらに、 還流口 9 0が設けてあるが、 不要の場合はなくてもよい。 さら にまた、 上面を塞ぐ封止シート 7 8、 前記のパイプが連結された上板 7 9が 別部材から形成されているが、 上板 7 9のパイプを無くして封止シート 7 8 に流出穴のみを開け、 シール部材を介して接続するように構成してもよい。
[0086] (アクティブバルブの構成）
図 1 2および図 1 3はそれぞれ、 ミキシングポンプ装置 1 Aのアクティブ バルブ 5 a、 5 b、 6 a〜6 f として用いたバルブの要部を軸線方向に切断 したものを斜め上方からみたときの説明図、 およびこのバルブの磁力線を示 す説明図である。
[0087] これらの図に示すように、 アクティブバルブ 5 a、 5 b (以下、 ァクティ ブバルブ 5と呼ぶ。 ） 、 およびアクティブバルブ 6 a〜6 f (以下、 ァク亍 イブバルブ 6と呼ぶ。 ） は、 ベース板 7 6の穴 5 7、 6 7 a〜6 7 h内にリ ニァァクチユエータ 2 0 1を備えており、 このリニアァクチユエータ 2 0 1 は、 円筒状の固定体 2 0 3と、 この固定体 2 0 3の内側に配置された略円柱 状の可動体 2 0 5とを有している。 固定体 2 0 3は、 ボビン 2 3 1に環状に 卷回されたコイル 2 3 3と、 コイル 2 3 3の外周面からコイル 2 3 3の軸線 方向の両側を回りこんで一方の先端部 2 3 6 aと他方の先端部 2 3 6 bがコ ィル 2 3 3の内周側でスリット 2 3 7を介して軸線方向で対向する固定体側 ヨーク 2 3 5を備えている。 可動体 2 0 5は、 円板状の第 1の可動体側ョー ク 2 5 1 と、 この第 1の可動体側ヨーク 2 5 1に対して軸線方向の両側に積 層された一対の磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bとを有している。 一対の磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bとしては、 N d _ F e— B系や S m _ C o系の希土類磁石、 あ るいは樹脂磁石を用いることがきる。 また、 可動体 2 0 5において、 一対の 磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bの各々には、 第 1の可動体側ヨーク 2 5 1 とは反対 側の端面に第 2の可動体側ヨーク 2 5 5 a、 2 5 5 bが積層されている。
[0088] —対の磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bは、 いずれも軸線方向に着磁されており、 第 1の可動体側ヨーク 2 5 1の方に同極を向けている。 一対の磁石 2 5 3 a 、 2 5 3 bは各々、 第 1の可動体側ヨーク 2 5 1の方に N極を向け、 軸線方 向における外側に S極を向けているものとして説明するが、 着磁方向につい てはその逆であってもよい。
[0089] 第 1の可動体側ヨーク 2 5 1の外周面は、 一対の磁石 2 5 3 a、 2 5 3 b の外周面から外周側に張り出している。 また、 第 2の可動体側ヨーク 2 5 5 a、 2 5 5 bの外周面も、 一対の磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bの外周面から外周 側に張り出している。
[0090] 第 1の可動体側ヨーク 2 5 1の軸線方向における両端面には凹部が形成さ れ、 これらの凹部に対して一対の磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bが各々嵌め込まれ 、 接着剤などで固定されている。 なお、 第 1の可動体側ヨーク 2 5 1、 一対 の磁石 2 5 3 a、 2 5 3 b、 および第 2の可動体側ヨーク 2 5 5 a、 2 5 5 bの固定については、 接着、 圧入、 あるいはそれらを併用して一体化した構 成を採用すればよい。
[0091 ] 固定体 2 0 3の軸線方向における両側の開口部には軸受板 2 7 1 a , 2 7
1 b (軸受部材） が固定されており、 第 2の可動体側ヨーク 2 5 5 a、 2 5 5 bから軸線方向の両側に突き出た支軸 2 5 7 a、 2 5 7 bは、 いずれも軸 受板 2 7 1 a、 2 7 1 bの穴に摺動自在に挿入されている。 このようにして 、 可動体 2 0 5は、 軸線方向に往復移動可能な状態で固定体 2 0 3に支持さ れている。 この状態で、 可動体 2 0 5は、 外周面が固定体 2 0 3の内周面に 所定の隙間を介して対向し、 かつ、 固定体側ヨーク 2 3 5の先端部 2 3 6 a 、 2 3 6 b同士は、 第 1の可動体側ヨーク 2 5 1の外周面とコイル 2 3 3の 内周面との隙間内で軸線方向に対向する状態にある。 また、 可動体 2 0 5と 固定体側ヨーク 2 3 5との間には間隙が確保されている。 なお、 第 2の可動 体側ヨーク 2 5 5 a、 2 5 5 bと支軸 2 5 7 a、 2 5 7 bとの固定には、 接 着、 圧入、 あるいはそれらを併用して一体化した構成を採用すればよい。
[0092] このように構成したリニアァクチユエータ 2 0 1において、 図面に向かつ て右側では向こう側から手前側に向かってコイル 2 3 3に電流が流れ、 図面 に向かって左側では手前側から向こう側にコイル 3 3に電流を流れる期間で は、 磁力線は、 図 1 3に示すように表される。 従って、 可動体 5は、 まず、 矢印 Aで示すように、 ローレンツ力により軸線方向において推力を受け、 移 動する。 これに対して、 コイル 2 3 3への通電方向を反転させると、 可動体 2 0 5は、 矢印 Bで示すように、 軸線方向に沿って下降する。 [0093] リニアァクチユエータ 2 0 1では、 可動体 2 0 5を磁力で推進するととも に、 軸線方向の一方側において、 軸受板 2 7 1 aと第 2の可動体側ヨーク 2 5 5 aとの間に、 付勢部材としての円錐台形状のコイルバネ 2 9 1を配置し てある、 従って、 可動体 2 0 5が下降する際には、 圧縮パネを変形させなが ら移動し、 可動体 2 0 5が上昇する際には、 圧縮パネの形状復帰力が補助し て、 高速で移動する。
[0094] このように構成したリニアァクチユエータ 2 0 1において、 一方の支軸 2 5 7 bの端部には、 弁室 2 7 0 (凹部6 8 3〜6 8 ） に配置されたダイヤ フラム弁 2 6 0の中央部分が接続されている。 ダイヤフラム 2 6 0の外周側 には、 液密性と位置決めとして機能する環状肉厚部 2 6 1が形成されており 、 ダイヤフラム 2 6 0において、 この環状肉厚部 2 6 1を含む外周側がベー ス板 7 6と流路構成板 7 7との間に挟まれて液密が確保されている。
[0095] 変位部材は、 ダイヤフラム 2 6 0に限らず、 ベローズ弁、 その他の弁体を 用いてもよい。 また、 支軸 2 5 7 a、 2 5 7 bと変位部材は別体のものを結 合させた構成であっても、 支軸 2 5 7 a、 2 5 7 bと変位部材が一体に形成 されている構成であってもよい。
[0096] 以上説明したように、 可動体 2 0 5において一対の磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bは各々、 同極を向けており、 磁気的反発力が作用しているが、 磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bの間に第 1の可動体側ヨーク 2 5 1が配置されているため、 一 対の磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bを同極を向けた状態で固定することができる。
[0097] また、 可動体 2 0 5において一対の磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bは各々、 同極 を第 1の可動体側ヨーク 2 5 1に向けているため、 第 1の可動体側ヨーク 2 5 1からは、 半径方向に強い磁束が発生する。 従って、 第 1の可動体側ョー ク 2 5 1 とコイル 2 3 3の周面同士を対向させておけば、 可動体 2 0 5に大 きな推力を付与することができる。
[0098] さらに、 磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bを軸線方向で着磁すればよいので、 磁石
2 5 3 a , 2 5 3 bを半径方向に着磁する場合と違って、 小型化した場合で も着磁が容易であり、 量産に適している。 [0099] しかも、 第 1の可動体側ヨーク 2 5 1の外周面が、 一対の磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bの外周面から外周側に張り出しているため、 固定体側ヨーク 2 3 5 を設けた場合でも、 可動体 2 0 5に対して軸線方向と垂直方向に作用する磁 気吸引力を小さくできる。 同様に、 第 2の可動体側ヨーク 2 5 5 a、 2 5 5 bの外周面が、 一対の磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bの外周面から外周側に張り出 しているため、 固定体側ヨーク 2 3 5を設けた場合でも、 可動体 2 0 5に対 して軸線方向と垂直方向に作用する磁気吸引力を小さくできる。 従って、 組 み立て作業を行いやすく、 かつ、 可動体 2 0 5が傾きにくいという利点があ る。
[0100] また、 磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bをコイル 3 3の外周側に配置したため、 コ ィル 2 3 3よりも磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bを外側に配置した場合と比較して 、 磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bが小さくてよいので、 アクティブバルブ 5、 6を 安価に構成できる。 また、 コイル 2 3 3を外側に配置したので、 固定側ョー クのみで磁路を閉じることができる。
[0101 ] さらに、 固定体 2 0 3において、 軸線方向に開口する開口部には支軸 2 5 7 a、 2 5 7 bを軸線方向に移動可能に支持する軸受板 2 7 1 a、 2 7 1 b が保持されているため、 軸受部材を別途、 配置する必要がない。 また、 固定 体 2 0 3を基準に軸受板 2 7 1 a , 2 7 1 bを固定できるので、 支軸 2 5 7 a、 2 5 7 bが傾かないという利点がある。
[0102] [ミキシングポンプ装置を備えた燃料電池]
本発明のミキシングポンプ装置を、 燃料電池の起電部に対して燃料を供給 する燃料供給装置として用いた例を説明する。
[0103] 図 1 4は、 本発明のミキシングポンプ装置を使用した燃料電池の構成を模 式的に示すブロック図である。 図 1 4に示す燃料電池 3 0 0は、 メチルアル コール水溶液 （燃料 ブ口トンを発生可能な含水素流体） 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方式の燃料電池で ある。 また、 燃料電池 3 0 0においては、 未調製燃料としてメチルアルコー ルを用い、 希釈液として水を用い、 これらを混合して最適濃度のメチルアル コール水溶液を調製して燃料として用いる。 なお、 未調製燃料として最適濃 度よりも高濃度のアルコール水溶液、 例えば、 メチルアルコール水溶液を用 いることもある。
[0104] 燃料電池 300は、 図 1〜図 1 3を参照して説明したミキシングポンプ装 置 1 と、 ミキシングポンプ装置 1の流入路 3 aに接続された未調製燃料タン ク 3 1 0と、 ミキシングポンプ装置 1の流入路 3 bに接続された希釈液タン ク 320と、 起電装置 350とを備えており、 ミキシングポンプ装置 1の流 出路 4 a〜4 nは各々、 起電装置 350の各起電部 35 1 a〜35 1 nに接 続されている。 未調製燃料タンク 3 1 0には、 未調製燃料としてメチルアル コールが貯留され、 希釈液タンク 320には、 希釈液として水が貯留されて いる。 従って、 流入路 3 aは未調製燃料流入路に相当し、 流入路 3 bは希釈 液流入路に相当する。
[0105] また、 燃料電池 300は空気供給装置 370を備えている。 空気供給装置
370には空気流出路 37 1 a~37 1 nが接続されており、 空気流出路 3 7 1 a~37 1 nから起電部 35 1 a~35 1 nのカソード電極へ空気を供 給する。
[0106] 詳細な図示を省略するが、 複数の起電部 35 1 a~35 1 nは各々、 ァノ 一ド集電体とアノード触媒層とを備えたアノード極 （燃料極） と、 力ソード 集電体と力ソード触媒層とを備えた力ソード極 （空気極） と、 アノード極と 力ソード極の間に配置される電解質膜とを有している。 アノード極では、 ミ キシングポンプ装置 1によって所定濃度の調製された燃料 （メタノール水溶 液） が供給され、 以下に示す反応により、
CH3OH + H20 → C02+6 H++6 e - 水素イオン （プロトン、 H+) および電子 （e-) を生成する。 また、 電子はァ ノード極から回路等を経て力ソード極に移動し、 水素イオンは、 電解質膜を 通過してカソード極に移動し、 送気ポンプあるいはブロワ一によつてカソー ド極に供給された空気 （酸素） と以下に示す電気化学反応により、
3 202+ 6 H++ 6 e_ → 3 H20 水を生成する。
[0107] 燃料電池 3 0 0では、 起電部 3 5 1 a ~ 3 5 1 nで熱が発生し、 かかる熱 は、 起電部 3 5 1 a ~ 3 5 1 nの劣化や発電効率の低下の原因となる。 そこ で、 燃料電池 3 0 0では、 起電装置 3 5 0に水冷式の冷却装置 3 6 0が構成 されている。 また、 ミキシングポンプ装置 1は、 燃料供給用の流出路 4 a〜 4 ηの他、 冷却液流出路として、 冷却水を供給するための流出路 4 mを備え ている。
[0108] ミキシングポンプ装置 1では、 複数の流入路 3 a、 3 bの各々にァクティ ブバルブ 5 a、 5 bが配置され、 複数の流出路 4 a〜4 nにはアクティブバ ルブ 6 a〜6 nが配置されている。
[0109] 燃料電池 3 0 0では、 起電部 3 5 1 a〜3 5 1 nのカソード極で発生した 水を回収する回収タンク 3 3 0が設けられており、 回収タンク 3 3 0に回収 された生成水は、 希釈液タンク 3 2 0に供給されるようになっている。 なお 、 起電部 3 5 1 a ~ 3 5 1 nのカソード極から回収タンク 3 3 0に向かう配 管 3 4 1の途中位置には凝縮器が配置される場合がある。
[01 10] さらに、 燃料電池 3 0 0では、 冷却装置 3 6 0から排出された水も希釈液 タンク 3 2 0に供給されるようになっている。 なお、 冷却装置 3 6 0から排 出された水の冷却については自然冷却を利用してもよいが、 冷却装置 3 6 0 から希釈液タンク 3 2 0に向かう配管 3 4 2、 またはミキシングポンプ装置 1から冷却水を供給するための流出路 4 mの途中位置にラジェータを用いた 冷却器などを設けてもよい。 また、 配管 3 4 2と流出路 4 mの両方の途中位 置にラジェータを用いた冷却器などを設けてもよい。
[01 1 1 ] このように構成した燃料電池 3 0 0では、 未調製燃料タンク 3 1 0に貯留 されているメチルアルコールは、 流入路 3 aを介してミキシングポンプ装置 1のポンプ室 2に導入され、 希釈液タンク 3 2 0に貯留されている水は、 流 入路 3 bを介してミキシングポンプ装置 1のポンプ室 2に導入される。 その 際、 メチルアルコールの導入量と水の導入量を所定の比率に設定することに より、 最適濃度のメタノール水溶液 （燃料） を調製し、 最適濃度に調製され た燃料が燃料供給用の流出路 4 a ~4 nを介して各起電部 35 1 a~35 1 nに供給され、 発電に用いられる。 また、 起電部 35 1 a~35 1 nのカソ 一ド極で発生した水は回収タンク 330に回収された後、 希釈液タンク 32 0に供給され、 希釈液として再利用される。 その間、 冷却水供給用の流出路 4 mは閉状態にある。
[0112] そして、 起電部 35 1 a〜35 1 nに対する燃料供給の休止期間を利用し て冷却を行う。 その際には、 流入路 3 bを介して希釈液タンク 320に貯留 されている水のみをミキシングポンプ装置 1のポンプ室 2に導入し、 冷却水 供給用の流出路 4 mを介して冷却装置 360に水を供給する。 そして、 冷却 装置 360から排出された水は、 回収タンク 330に回収された後、 希釈液 タンク 320に供給され、 希釈液として再利用される。 その間、 流入路 3 a を介してのメタノールのポンプ室 2への導入、 および流出路 4 a〜4 nを介 しての燃料の供給は休止した状態にある。
[0113] 以上説明したように、 燃料電池 300では、 起電装置 350には複数の起 電部 35 1 a~35 1 nが構成されているので、 発電電圧が高い。 すなわち 、 起電部 35 1 a~35 1 n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い、 力ソード極でも電圧ロスがあるため、 1つの起 電部から取り出せる電圧は低いが、 燃料電池 300では、 複数の起電部 35 1 a~35 1 nを備えているので、 発電電圧が高い。
[0114] また、 ミキシングポンプ装置 1では、 制御装置 1 8によって、 アクティブ バルブ 5 a、 5 b、 アクティブバルブ 6 a~6m、 および変位部材 1 7 (図 1参照） を制御し、 流入路 3 a、 3 bから流入されるメチルアルコールおよ び水の流入量を制御することにより、 メチルアルコールおよび水の混合比、 および流出路 4 a〜4 nからの吐出量を制御可能である。 従って、 メチルァ ルコールを水で希釈して最適濃度に調整した燃料を複数の起電部 35 1 a〜 35 1 nに対して任意のタイミングで供給することができる。
[0115] さらに、 燃料電池 300では、 起電部 35 1 a〜35 1 nの力ソード極で 発生した水を回収タンク 330に回収し、 希釈用の水として再利用すること ができる。 従って、 水の放出を最小限に抑えることができ、 さらには、 外部 から水を供給することなく、 メチルアルコールのみを未調製燃料として供給 するだけで連続して発電することが可能となる。
[01 1 6] さらにまた、 ミキシングポンプ装置 1では、 制御装置 1 8によって、 ァク ティブバルブ 5 a、 5 bおよびアクティブバルブ 6 a〜6 nを制御すること により、 流入路 3 bから水をポンプ室 2に吸入して、 冷却液供給用の流出路 4 mから冷却装置 3 6 0に供給することができるので、 専用の冷却水供給装 置が不要である。 しかも、 燃料電池 3 0 0では、 起電部 3 5 1 a〜3 5 1 n を冷却した後の冷却水を希釈液タンク 3 2 0に供給し、 希釈用の水として再 利用することができる。 従って、 水の放出を最小限に抑えることができる。
[01 1 7] なお、 希釈液として水を用いたが、 希釈液としては、 最適濃度より低濃度 のメチルアルコール水溶液を用いてもよい。 この場合には、 低濃度のメチル アルコール水溶液を冷却液として用い、 さらには、 冷却液として用いた低濃 度のメチルアルコール水溶液を希釈液タンク 3 2 0へ供給し、 希釈液として 再利用してもよい。
[01 18] また、 発生した水を回収する回収タンク 3 3 0と、 希釈液タンク 3 2 0と を別々に用いた場合について説明したが、 回収タンク 3 3 0と希釈液タンク 3 2 0とは同じタンクでもよい。
[0119] さらに、 燃料として、 メチルアルコール水溶液を用いたが、 ェチルアルコ ール水溶液を用いてもよく、 メチルアルコール水溶液とエチルアルコール水 溶液の双方を含む水溶液を用いてもよい。 純粋なメチルアルコール、 純粋な エチルアルコールを用いてもよく、 純粋なメチルアルコールと純粋なェチル アルコールの双方を含む溶液を用いてもよい。 さらには、 燃料として、 メチ ルアルコール水溶液以外のアルコール水溶液、 例えば、 エチレングリコール 水溶液を用いてもよく、 さらには、 アルコール水溶液以外の水溶液、 例えば 、 ジメチルエーテル水溶液を用いてもよい。 燃料として、 純粋なメチルアル コール以外のアルコール、 例えば、 純粋なエチレングリコールを用いてもよ い。 [0120] [ミキシングポンプ装置のその他の用途]
本発明を適用したミキシングポンプ装置の用途は、 燃料電池に限ったもの ではなく、 例えば、 複数の薬液を調合して複合薬を調合するためのポンプと して用いることができる。 さらには、 冷蔵庫の製氷ポンプとして用い、 製氷 ブロック毎に味や色、 香りが異なるシヤーべット液を流出路から吐出するの に用いてもよい。
[0121 ] [その他の実施の形態]
上記の実施の形態では、 変位部材 1 7としてダイヤフラム 1 7 0を用いた 例を中心に説明したが、 変位部材としてプランジャを用いたタイプのミキシ ングポンプ装置に本発明を適用してもよい。 また、 上記の実施の形態では、 流出路が複数、 構成されている例であつたが、 流出路が 1本のミキシングポ ンプ装置に本発明を適用してもよい。

Claims

請求の範囲
[1 ] ポンプ室と、
このポンプ室の内容積を增減させるために当該ポンプ室に配置した変位部 材と、
前記変位部材を変位させるためのモータを備えた駆動装置と、 前記ポンプ室に連通している複数本の流入路と、
前記ポンプ室に連通している流出路と、
前記流入路のそれぞれに配置され、 これらの流入路を独立して開閉する流 入側バルブと、
前記流出路を開閉する流出側バルブと、
前記駆動装置、 前記流入側バルブぉよび前記流出側バルブを制御する制御 装置とを有し、
前記駆動装置は、 前記モータが第 1方向に回転したときに前記ポンプ室の 内容積が増加する方向に前記変位部材を変位させ、 前記モータが第 2方向に 回転したときに前記ポンプ室の内容積が減少する方向に前記変位部材を変位 させることを特徴とするミキシングポンプ装置。
[2] 複数本の前記流出路が前記ポンプ室に連通しており、
各流出路に前記流出側バルブが配置されていることを特徴とする請求項 1 に記載のミキシングポンプ装置。
[3] 前記流入路および前記流出路は互いに独立して前記ポンプ室に連通してい ることを特徴とする請求項 1に記載のミキシングポンプ装置。
[4] 前記変位部材はダイヤフラムであることを特徴とする請求項 1に記載のミ キシングポンプ装置。
[5] 前記制御装置は、 前記流出側バルブを閉じた状態で前記変位部材を前記ポ ンプ室の内容積を増加させる方向に変位させる吸引工程において、 前記流入 路のそれぞれから流入する各流体のうち、 混合比が最も低い流体が前記ボン プ室に流入する前に、 当該流体よりも混合比の高い流体の少なくとも一部が 前記ポンプ室に流入するように、 各流入側バルブの開閉を制御することを特 徴とする請求項 1に記載のミキシングポンプ装置。
[6] 前記制御装置は、 各流入路から前記ポンプ室に流入する各流体の流入量を 制御することにより、 前記ポンプ室内に形成される混合流体を構成する各流 体の混合比、 および、 前記ポンプ室から前記流出路に吐出する前記混合流体 の吐出量を、 それぞれ制御することを特徴とする請求項 1に記載のミキシン グポンプ装置。
[7] 起電部と、
当該起電部に燃料を供給する燃料供給装置とを有し、
前記燃料供給装置は、 請求項 1ないし 6のうちのいずれかに記載のミキシ ングポンプ装置を備えていることを特徴とする燃料電池。
[8] 前記燃料は、 プロトンを発生可能な含水素流体であることを特徴とする請 求項 7に記載の燃料電池。
[9] 前記含水素流体は、 アルコールを含んでいることを特徴とする請求項 8に 記載の燃料電池。
[10] 前記含水素流体は、 メチルアルコールおよびエチルアルコールのうちの少 なくとも一方を含んでいることを特徴とする請求項 8に記載の燃料電池。
[1 1 ] 前記ミキシングポンプ装置のポンプ室に未調製燃料を供給する未調製燃料 タンクを有しており、
前記複数本の流入路には、 前記未調製燃料タンクから供給される前記未調 製燃料を前記ポンプ室に流入させるための未調製燃料流入路と、 水を含む希 釈液を前記ポンプ室に流入させるための希釈液流入路とが含まれていること を特徴とする請求項 7に記載の燃料電池。
[1 2] 前記希釈液流入路を介して、 前記起電部で生成された生成水を含む水を前 記ポンプ室に流入させることを特徴とする請求項 1 1に記載の燃料電池。
[13] 前記ポンプ室には複数本の前記流出路が連通しており、
これらの流出路には、 前記起電部に冷却液を供給するための冷却液流出路 が含まれていることを特徴とする請求項 1 1に記載の燃料電池。
[14] 前記流入路は前記ポンプ室に水を流入させるためのものであり、 前記冷却液流出路は、 前記冷却液として冷却水を前記起電部に供給するこ とを特徴とする請求項 1 3に記載の燃料電池。
[15] 前記希釈液流入路に接続された水タンクを有し、
当該水タンクには、 少なくとも前記生成水が貯留されることを特徴とする 請求項 1 1に記載の燃料電池。
[16] 前記燃料は、 プロトンを発生可能な含水素流体であることを特徴とする請 求項 1 1に記載の燃料電池。
[17] 前記含水素流体は、 アルコールを含んでいることを特徴とする請求項 1 6 に記載の燃料電池。
[18] 前記含水素流体は、 メチルアルコールおよびエチルアルコールのうちの少 なくとも一方を含んでいることを特徴とする請求項 1 6に記載の燃料電池。
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