WO2007135779A1 - ミキシングポンプ装置および燃料電池 - Google Patents

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Kenji Muramatsu
Shinsuke Fukuda
Toshihiko Ichinose
Katsumi Kozu
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Nidec Sankyo Corp
Panasonic Corp
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Definitions

  • the present invention relates to a mixing pump device that supplies a mixture of a plurality of liquids, and a fuel cell that includes the mixing pump device as a fuel supply device.
  • a mixing pump device that mixes and discharges a plurality of liquids at a predetermined ratio, as schematically shown in FIG. 24, a plurality of inflow passages 5 1 and 5 2, and these inflow passages 5 1, 5 2 inflow side valves (not shown), pump chambers 11 connected to the inflow channels 5 1, 5 2, and multiple outflows directly communicating with the pump chamber 11 It is proposed to have channels 6 1, 6 2, 6 3, 6 4 and outflow valves (not shown) arranged in each of these outflow channels 6 1, 6 2, 6 3, 6 4. It is.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 06 _ 2 9 1 8 9
  • the liquid with a high specific gravity will remain below the pump chamber 11 1, and will flow out of the outflow channels 6 1, 6 2, 6 3 and 6 4
  • the composition of the mixed solution may vary.
  • an object of the present invention is to prevent variation in the concentration of liquid flowing out from each outflow path when the liquid mixed in the pump chamber flows out from the plurality of outflow paths. Another object is to provide a mixing pump device that can be used, and a fuel cell including the mixing pump device.
  • liquid flows in through a plurality of inflow passages, inflow side valves disposed in each of the plurality of inflow passages, and the plurality of inflow passages.
  • a pump chamber that expands and contracts the internal volume of the pump chamber, a plurality of outflow passages through which the liquid mixed in the pump chamber flows out, and an outflow side valve disposed in each of the plurality of outflow passages
  • a chamber having an opening cross-sectional area larger than that of the outflow passages is formed in at least one outflow passage.
  • each liquid is mixed in the pump chamber and flows out from each of the plurality of outflow paths.
  • the liquid mixing chamber is provided in the outflow path, the liquid mixed in the pump chamber flows out of the outflow path after passing through the chamber. At that time, the flow of the liquid in the chamber changes. For this reason, even when the liquid composition varies depending on the position in the pump chamber, the liquid is mixed even after passing through the chamber after being mixed in the pump chamber. Alternatively, it is possible to prevent the composition of the mixed solution from being varied between the initial outflow and the final end of the same outflow channel. In addition, even when the mixing pump device is tilted and components tend to be biased in the pump chamber, it is possible to prevent variations in the concentration of liquid flowing out from each outflow passage.
  • the plurality of outflow paths are connected to the pump chamber via a common flow path.
  • the common flow path When the mixed liquid passes, the mixed liquid is stirred even in the common flow path, and then flows out from the outflow path. For this reason, it is possible to prevent the concentration variation from occurring in the liquid mixture flowing out from each of the plurality of outflow paths.
  • the chamber is interposed between a branch point of the plurality of outflow passages and the pump chamber.
  • the mixed liquid mixed in the chamber is stirred in the common flow path when the mixed liquid passes through the common flow path, and then flows out from the outflow passage. For this reason, it is possible to prevent the concentration variation from occurring in the mixed solution flowing out from each of the plurality of outflow paths.
  • the outflowing mixed liquid is not biased depending on the connection position of the outflow passage to the chamber. Thus, it is possible to prevent the concentration variation in the liquid flowing out from each of the plurality of outflow paths.
  • the opening cross-sectional area of the branch point may be equal to or smaller than the larger area of the opening cross-sectional area of the inlet channel to the branch point and the opening cross-sectional area of the outflow channel. preferable. With such a configuration, the liquid mixture does not stay at the branch point, so that it is possible to prevent the concentration variation from occurring in the liquid mixture flowing out from each of the plurality of outflow paths.
  • the plurality of outflow paths extend horizontally from the branch point. If comprised in this way, it can prevent that a bubble concentrates and flows out to the specific outflow path of several outflow paths.
  • the liquid is mixed in the chamber by turbulent flow or Z and swirl flow generated in the chamber.
  • turbulent flow or swirl flow is generated in the chamber, the mixed liquid is sufficiently stirred and uniformly mixed in the chamber, thus preventing concentration variation in the liquid flowing out from each of the plurality of outflow paths. can do.
  • a configuration in which baffles are arranged in the chamber, a configuration in which irregularities such as spiral grooves are formed in the inner wall of the chamber, and in the chamber What is necessary is just to employ
  • a stirrer member is disposed in the shaft, it is possible to adopt a configuration in which the stirrer member is moved by fluid pressure, or moved by a driving force applied from a chain / outside.
  • a plurality of the chambers are configured in series or in a Z and parallel connection relationship.
  • the chamber preferably includes a liquid outlet to the outflow path at an upper portion of the chamber.
  • an acute angle bent portion is not formed in the plurality of outflow passages. Bubbles tend to accumulate at sharp bends, and the accumulated bubbles are separated from the inner wall of the outflow passage after they grow to some extent, but if sharp bends are not formed, bubbles will stay. Hateful. Therefore, it is possible to avoid a situation where a large bubble suddenly flows out.
  • the inner wall of the chamber is preferably subjected to hydrophilic treatment.
  • a deaeration device is configured in the chamber. With this configuration, it is possible to prevent the generation of bubbles in the chamber, so that it is possible to avoid the situation where bubbles flow out of the outflow path.
  • the plurality of inflow passages communicate with the pump chamber via a common inflow space.
  • the liquids are mixed in the common inflow chamber before flowing into the pump chamber, and then flow into the pump chamber. Therefore, it is possible to prevent the composition of the mixed solution from being varied depending on the position in the pump chamber.
  • the mixing pump device includes, for example, at least a plurality of electromotive forces And a fuel supply device for each of the plurality of electromotive units can be used as a fuel supply device.
  • a fuel supply device for each of the plurality of electromotive units can be used as a fuel supply device.
  • the mixing pump device according to the present invention is used as such a fuel supply device, it is possible to supply a fuel (mixed liquid) having a uniform concentration to a plurality of electromotive parts, thereby improving the power generation efficiency. Can be planned.
  • FIG. 1 (a) and (b) are a block diagram schematically showing the configuration of a fuel cell using a mixing pump device to which the present invention is applied, and an external view of the mixing pump device.
  • FIG. 2] (a) and (b) are conceptual diagrams schematically showing the configuration of the mixing pump device according to the first embodiment of the present invention, and schematically showing the configuration on the outflow side of the mixing pump device.
  • FIG. 2 is conceptual diagrams schematically showing the configuration of the mixing pump device according to the first embodiment of the present invention, and schematically showing the configuration on the outflow side of the mixing pump device.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram schematically showing a cross section of a pump chamber of the mixing pump device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 (a) and (b) are cross-sectional views of a communicating portion between the inflow passage and the pump chamber of the mixing pump device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a main body portion of the mixing pump device shown in FIG.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of the reciprocating pump mechanism used in the mixing pump device shown in FIG. 1 in a vertically divided state.
  • FIG. 7 is an explanatory view showing a longitudinal section of the inflow side active valve and the outflow side active valve in the mixing pump device shown in FIG. 1.
  • FIG. 8 A timing chart showing the operation of the mixing pump device shown in Fig. 1.
  • FIG. 9 (a) to (h) are cross-sectional views schematically showing a configuration example of a chamber added to the mixing pump device of the present embodiment.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram schematically showing a cross section of a pump chamber according to Modification 1 of the mixing pump device to which the present invention is applied.
  • FIG. 1 1 shows a pump chamber according to a second modification of the mixing pump device to which the present invention is applied. It is a conceptual diagram which shows a cross section typically.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram of a configuration example 1 of a mixing device added to a mixing pump device to which the present invention is applied.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram of a configuration example 2 of the mixing device added to the mixing pump device to which the present invention is applied.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram of a configuration example 3 of the mixing device added to the mixing pump device to which the present invention is applied.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram of a configuration example 4 of the mixing device added to the mixing pump device to which the present invention is applied.
  • FIG. 16] (a) to (d) are conceptual diagrams schematically showing Modification Example 1 of the pump mechanism of the mixing pump device to which the present invention is applied.
  • FIG. 17 is a conceptual diagram schematically showing Modified Example 2 of the pump mechanism of the mixing pump device to which the present invention is applied.
  • FIG. 18 (a) and (b) are conceptual diagrams each schematically showing the configuration of the mixing pump device according to the second embodiment of the present invention, and the schematic configuration on the outflow side of this mixing pump device.
  • FIG. 18 is conceptual diagrams each schematically showing the configuration of the mixing pump device according to the second embodiment of the present invention, and the schematic configuration on the outflow side of this mixing pump device.
  • FIG. 19 is a conceptual diagram schematically showing a configuration of a mixing pump device according to a modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is a conceptual diagram schematically showing the configuration of a mixing pump device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is a conceptual diagram schematically showing the configuration of a mixing pump device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 (a), (b), and (c) are conceptual diagrams schematically showing a configuration of a mixing pump device according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 23 (a) and (b) are conceptual diagrams schematically showing an example in which a plurality of chambers are configured in a mixing pump device to which the present invention is applied.
  • FIG. 24 is a conceptual diagram schematically showing a configuration of a conventional mixing pump device. Explanation of symbols 1 Mixing pump device
  • Diaphragm valve (movable body of pump mechanism)
  • FIG. 1 (a) and 1 (b) are a block diagram schematically showing the configuration of a fuel cell using a mixing pump device to which the present invention is applied, and an external view of the mixing pump device. Note that the number of outflow paths of the mixing pump device depends on the number of electromotive parts of the fuel cell. In Figs. 1 (a) and (b) and the following description, the electromotive part of the fuel cell and the mixing part are mixed. There are four outflow passages for the pump device.
  • a fuel cell 300 shown in FIG. 1 (a) is a direct methanol type fuel cell that generates electricity by directly extracting protons from a methyl alcohol aqueous solution (mixed solution Z fuel).
  • methyl alcohol is used as an unprepared fuel
  • water is used as a diluent
  • these are mixed by the mixing pump device 1
  • an aqueous solution of methyl alcohol having an optimal concentration is used as the fuel.
  • an alcohol aqueous solution having a concentration higher than the optimum concentration for example, a methyl alcohol aqueous solution may be used.
  • the fuel may be any hydrogen-containing fluid capable of generating protons, and in addition to a methyl alcohol aqueous solution, an ethyl alcohol aqueous solution, an ethylene glycol aqueous solution, a dimethyl ether aqueous solution, or the like may be used.
  • a fuel cell 300 of this embodiment includes a mixing pump device 1 shown in Fig. 1 (b) and an electromotive unit 351 to which each of a plurality of outflow passages 61, 62, 63, 64 of the mixing pump device 1 is connected. (351 a, 351 b, 351 c, 351 d) and an air supply device (not shown). Air is supplied to the cathode electrode of the electromotive unit 351 (351a, 351b, 351c, 351d) from a plurality of air outflow paths (not shown) of the air supply device.
  • Each of the plurality of electromotive parts 351 includes an anode electrode (fuel electrode) including an anode current collector and an anode catalyst layer, and a force sword electrode (air electrode) including a cathode 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.
  • Electrons move from the anode electrode to the force sword electrode via a circuit, etc., and hydrogen ions pass through the electrolyte membrane to the force sword electrode, and air (oxygen) supplied to the force sword electrode and the following electrochemical Depending on the reaction
  • methyl alcohol and water are respectively introduced into the pump chamber 11 of the mixing pump device 1 via the inflow channels 51 and 52.
  • an aqueous methanol solution (fuel) with the optimum concentration was prepared, and the fuel adjusted to the optimum concentration was discharged into the outflow channel 61, 62. , 63, 64 to be supplied to each electromotive section 35 1 a, 35 1 b, 35 1 c, 35 1 d and used for power generation. Therefore, the outflow channels 61, 62, 63, and 64 need to be supplied with fuel that does not vary in concentration. Therefore, in this embodiment, the mixing pump device 1 is configured as described below.
  • a plurality of inflow ports and a plurality of outflow ports are opened in the main body portion 2.
  • the two inflow ports 5 1 1 52 1 and four outlets 6 1 1, 62 1, 63 1, 64 1 are shown.
  • different liquids sequentially flow into the main body part 2 from each of the two inlets 5 1 1, 52 1, and then mixed in the main body part 2, and then the four outlets 6 1 1 , 62 1, 6 3 1, 64 1 in order.
  • the main body portion 2 includes a bottom plate 75, a base plate 76, a flow path component plate 77, and an upper plate 78 that covers the upper surface of the flow channel component plate 77 to close the upper surface of the flow path.
  • the upper plate 78 includes pipes 5 1 0, 5 20 with inlets 5 1 1, 52 1, and pipes 6 1 0, 620, with outlets 6 1 1, 62 1, 63 1, 64 1, 630, 640 are connected, and the pipes 5 1 0. 520 form the inflow paths 5 1, 52, and the pipes 6 1 0, 620, 630, 640 form the outflow paths 6 1, 62, 63, 64 is configured.
  • FIG. 2 (a) and 2 (b) are conceptual diagrams schematically showing the configuration of the mixing pump device according to Embodiment 1 of the present invention, and schematically showing the configuration on the outflow side of the mixing pump device.
  • Pump chamber 11 into which liquid flows in through each of inflow side active valves 21 and 22 and two inflow passages 51 and 52, and a diaphragm or a biston that expands and contracts the internal volume of this pump chamber 11
  • a reciprocating pump mechanism with a movable body 10 and four outflow passages 61 and 6 through which liquid mixed in the pump chamber 1 1 flows out
  • the two inflow channels 51, 52 are the same in length, open cross-sectional area, and open cross-sectional shape, and the four outflow channels 61, 62, 63, 64 are in length, open cross-sectional area, and open cross-sectional shape. Are the same.
  • a common flow path 81 is connected to the pump chamber 11.
  • the final end of 1 is a branch point 80 of the outflow channels 61, 62, 63, 64, and the outflow channels 61, 62, 63, 64 extend from this branch point 80.
  • the outflow channels 61, 62, 63, 64 extend horizontally from the branch point 80. Further, the outflow channels 61, 62, 63, 64 are arranged with a straight or loosely curved shape so as not to form an acute bend.
  • a chamber 82 having an opening cross-sectional area larger than 3 and 64 is interposed.
  • the chamber 82 is arranged at the upper part so that the liquid outlet to the common channel 81 and the outflow channels 61, 62, 63, 64 is located.
  • the branch point 80 has a structure in which the common flow path 81 and the outflow paths 61, 62, 63, 64 are directly connected.
  • Dimension DO is the larger of the inner diameter D1 of the inlet flow path (common flow path 81) to the branch point 80 and the inner diameter D2 of the outflow paths 61, 62, 63, 64.
  • the opening cross-sectional area at the branch point 80 is as follows: the cross-sectional area of the inlet flow path (common flow path 81) to the branch point 80 and the open cross-sectional area of the outflow paths 61, 62, 63, 64 The area is smaller than the larger one. Therefore, branch point 80 has a small internal volume, No liquid stagnation occurs.
  • the outflow passages 6 1, 6 2, 6 3, 6 4 communicate with the pump chamber 11 through the common flow path 8 1 and the chamber 8 2, and the pump chamber 1 1
  • a common chamber 8 2 for the outflow passages 6 1, 6 2, 6 3, and 6 4 are formed between the branch point 80 of the outflow passages 6 1, 6 2, 6 3, and 6 4. .
  • FIG. 3 is a conceptual diagram schematically showing a cross section of the pump chamber of the mixing pump device according to the first embodiment of the present invention.
  • 4 (a) and 4 (b) are cross-sectional views of a communication portion between the inflow passage and the pump chamber of the mixing pump device according to the first embodiment of the present invention.
  • the pump chamber 1 1 constitutes a cylindrical space, and the two inlets 5 1 and 5 2, the inlets 5 1 5 and 5 2 5, and the common channel 8
  • the liquid outlets 8 1 5 to 1 are all open at the inner peripheral wall surface of the pump chamber 11 1.
  • the liquid outlet 8 1 5 and the inlets 5 1 5 and 5 2 5 are opened at the most distant position in the circumferential direction on the inner peripheral wall of the pump chamber 11. That is, the inlets 5 1 5 and 5 2 5 are arranged at positions relatively close to the inner peripheral wall surface of the pump chamber 11 1, while the liquid outlet 8 15 is connected to the inlets 5 1 5 and 5 2. It is arranged at an angular position displaced by about 180 ° from the central position of 5.
  • the inflow ports 51, 52 of the inflow channels 51, 52 are opened in a direction in which the liquids flowing in from the respective sides face each other in the pump chamber 11. That is, the inlet 51 of the inflow channel 51 is opened in the direction of flowing the liquid in the counterclockwise direction CCW centered on the center 110 of the pump chamber 11 as indicated by the arrow A2.
  • the inlet 5 2 5 of the inflow channel 5 2 flows liquid in the clockwise direction CW around the center 1 1 0 of the pump chamber 1 1 as indicated by the arrow B 1 It opens in the direction to do.
  • the inlets 5 1 5 and 5 2 5 of the inflow channels 5 1 and 5 2 are all open so that the liquid flows in the direction along the inner peripheral wall of the pump chamber 11.
  • the inflow channels 5 1 and 5 2 communicate with the pump chamber 11
  • the opening cross-sectional area of the inflow ports 5 10 and 5 20 is smaller than the opening cross-sectional area of the portion located on the entry side, and has a nozzle shape. For this reason, the liquid flows from the inlets 5 10 and 5 2 0 into the pump chamber 11 at high speed. Therefore, in the pump chamber 11, the liquid flowing in from the inflow channel 5 1 and the liquid flowing in from the inflow channel 5 1 generate turbulent flow and Z or swirl flow in the pump chamber 11, so efficiency Mixed well.
  • Inflow port communicating with 1 1 may be formed with a concave or convex portion such as a spiral groove 5 30 on the inner peripheral surface in the vicinity of 5 1 0. 5 2 0.
  • a concave or convex portion such as a spiral groove 5 30 on the inner peripheral surface in the vicinity of 5 1 0. 5 2 0.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the main body portion of the mixing pump device 1 shown in FIG.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of a state in which the reciprocating pump mechanism 10 used in the mixing pump device 1 to which the present invention is applied is vertically divided.
  • the main body 2 of the mixing pump device 1 of this embodiment is composed of a bottom plate 7 5, a base plate 7 6, a flow path component plate 7 7, and an upper plate 7 8. It has a stacked structure.
  • the base plate 7 6, the flow path component plate 7 7, and the upper plate 7 8 are formed with holes constituting the pump chamber 11, and the reciprocating pump mechanism 10 is configured for the pump chamber 11. Yes.
  • the reciprocating pump mechanism 10 includes a diaphragm valve 1 7 0 (valve Z movable body) that expands and contracts the internal volume of the pump chamber 1 1 and sucks and discharges liquid, and a diaphragm valve 1 7 And a driving device 1 0 5 for driving 0.
  • the driving device 10 5 includes an annular stator 1 2 0, a rotor 1 0 3 coaxially arranged inside the stator 1 2 0, and a coaxial arrangement arranged inside the rotor 1 0 3 The rotation of the moving body 1 6 0 and the rotor 1 0 3 And a conversion mechanism 140 that converts the force into a moving direction and transmits it to the moving body 160.
  • the driving device 105 is mounted between the base plate 79 and the base plate 76 in the space formed in the base plate 76.
  • the stator 1 2 0 is composed of a coil 1 2 1 wound around a pobbin 1 2 3 and two yokes 1 2 5 arranged so as to cover the coil 1 2 1.
  • the unit is made up of two layers in the axial direction. In this state, in both 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 alternately arranged in the circumferential direction. Function as.
  • the rotor 103 is an annular rotor magnet that is fixed to the outer peripheral surface of the cup-shaped member 13 30 that opens upward and the cylindrical body portion 13 31 of the cup-shaped member 130. 1 5 0.
  • a recess 1 3 5 is formed that is recessed upward in the axial direction, and the pole 1 1 disposed in the recess 1 3 5 is formed on the base plate 7 9.
  • a bearing portion 7 5 1 for receiving 8 is formed.
  • An annular stepped portion 76 6 6 is formed on the inner surface on the upper end side of the base plate 76, while the upper end portion of the cup-shaped member 13 30 is annular with the upper end portion of the body portion 13 1.
  • annular stepped portion facing the annular stepped portion 7 6 6 on the base plate 7 6 side is formed by the flange portion 1 3 4, and the annular space defined by these annular stepped portions is annularly formed.
  • a retainer 1 8 1 and a bearing 1 80 composed of a bearing pole 1 8 2 held in a circumferentially spaced position by the retainer 1 8 1 are arranged. In this way, the rotor 103 is supported by the main body portion 2 so as to be rotatable around the axis.
  • the outer peripheral surface of the rotor magnet 150 is opposed to the pole teeth arranged in the circumferential direction along the inner peripheral surface of the stator 120.
  • S poles and N poles are alternately arranged in the circumferential direction, and the stator 1 2 0 and the cup-shaped member 1 3 0 constitute a stepping motor.
  • the moving body 1 6 0 protrudes in the axial direction from the bottom wall 1 6 1 and the center of the bottom wall 1 6 1
  • a male screw 1 6 is provided on the outer periphery of the cylindrical portion 1 6 5. 7 is formed.
  • the conversion mechanism 14 0 when the conversion mechanism 14 0 is configured to reciprocate the moving body 1 60 in the axial direction by the rotation of the rotor 1 0 3, the body portion 1 3 1 of the cup-shaped member 1 3 0 On the inner peripheral surface, female threads 1 3 7 are formed at four locations spaced apart in the circumferential direction, while on the outer peripheral surface of the body portion 1 65 of the moving body 1 60, the cup-shaped member 1 3 0 A male screw 1 6 7 is formed which is engaged with the female screw 1 3 7 to constitute the power transmission mechanism 1 4 1.
  • the bottom wall 16 1 of the movable body 160 has six elongated holes 16 9 formed in the circumferential direction as through holes, while the base plate 76 has six protrusions 7 69. Is extended, and the lower end portion of the projections 7 69 is fitted into the long holes 1 69, whereby the rotation prevention mechanism 14 9 is configured.
  • the moving body 1 60 is prevented from rotating by the rotation prevention mechanism 1 4 9 composed of the protrusions 7 6 9 and the long holes 1 6 9.
  • the rotation of the cup-shaped member 1 3 0 is transmitted to the moving body 1 60 via the power transmission mechanism 1 4 1 composed of the female screw 1 3 7 and the male screw 1 6 7 of the moving body 1 60
  • the moving body 160 moves linearly to one side and the other side in the axial direction in accordance with the rotation direction of the rotor 103.
  • Diaphragm valve 170 is directly connected to the moving body 160.
  • Diaphragm valve 1 7 0 includes bottom wall 1 7 1, cylindrical body 1 7 3 that rises in the axial direction from the outer periphery of bottom wall 1 7 1, and the outer periphery from the upper end of body 1 7 3. It has a cup shape with a flange portion 1 7 5 spreading to the side, and the center portion of the bottom wall 1 7 1 covers the cylindrical portion 1 6 3 of the moving body 1 6 0 It is fixed to the set screw 1 7 8 and cap 1 7 9 from above and below.
  • the outer peripheral edge of the flange portion 1 75 of the diaphragm valve 1 70 is a thick portion that functions as liquid tightness and positioning, and this thick portion is a through hole of the flow path component plate 7 7. 7 7 0 Around the periphery, it is fixed between the base plate 76 and the flow path component plate 77. In this way, the diaphragm 1 70 defines the lower surface of the pump chamber 11 1, and ensures liquid-tightness between the base plate 7 6 and the flow path component plate 7 7 around the pump chamber 11 1. is doing.
  • the trunk portion 1 7 3 of the diaphragm valve 170 is folded back into a U-shaped cross section, and the folded portion 1 7 2 is shaped depending on the position of the moving body 1 60 Will change.
  • the first wall surface 1 6 8 composed of the outer peripheral surface of the cylindrical portion 1 6 3 of the movable body 1 60 and the second wall surface composed of the inner peripheral surface of the projections 7 6 9 extending from the base plate 7 6.
  • a folded portion 1 72 having a U-shaped cross section of the diaphragm valve 170 is disposed in an annular space formed between the wall surfaces 7 6 8. Therefore, regardless of the state of the diaphragm valve 1 7 0, the folded portion 1 7 2 remains held in the annular space, and the first wall surface 1 6 8 and the second wall surface 7 6 8 It is deformed so as to expand or roll up along.
  • the bottom wall 1 3 3 of the cup-shaped member 1 3 0 is formed with one groove 1 3 6 over an angular range of 2700 ° in the circumferential direction, while the moving body 1 6 0
  • a protrusion (not shown) is formed downward from the bottom of the.
  • the moving body 160 does not rotate around the axis, but moves in the axial direction, whereas the mouth 103 rotates around the axis, but does not move in the axial direction. Therefore, the protrusion and the groove 1 36 function as a stop that defines the stop positions of the rotor 10 3 and the moving body 1 60.
  • the depth of the groove 1 36 is changed in the circumferential direction, and when the movable body 160 moves downward in the axial direction, the protrusion fits into the groove 1 3 6 and the rotor 10 3 The end of the groove 1 3 6 contacts the protrusion by rotation. As a result, the rotation of the rotor 103 is blocked, and the stop position of the rotor 103 and the moving body 160, that is, the maximum expansion position of the inner volume of the diaphragm valve 170 is defined.
  • the diaphragm valve 17 0 in the direction in which the internal volume of the pump chamber 11 increases when the stepping motor rotates in one direction.
  • the stepping motor on the other side Diaphragm valve in the direction that the internal volume of the pump chamber 1 1 decreases when it rotates in the direction
  • the rotation of the rotor 10 3 by the stepping motor mechanism uses the power transmission mechanism 14 1 composed of the male screw 1 6 7 and the female screw 1 3 7. It is transmitted to the moving body 160 through the converted mechanism 140, and the moving body 160, to which the diaphragm valve 170 is fixed, reciprocates linearly. For this reason, power is transmitted from the drive unit 105 to the diaphragm valve 170 with the minimum necessary parts, so that the reciprocating pump mechanism 10 can be reduced in size, thickness, and cost. .
  • the moving body 160 can be finely fed by reducing the lead angle of the male screw 1 67 and the female screw 1 37 in the power transmission mechanism 14 1 or increasing the pole teeth of the stator. . Therefore, since the volume of the pump chamber 11 can be strictly controlled, it is possible to perform a fixed amount discharge with high accuracy.
  • the diaphragm valve 1700 is used, but the folded portion 172 of the diaphragm valve 1700 is kept in the annular space, and the first wall 1 6 8 and second wall surface 7 6 8 Deforms so that it expands or rolls up along with it, and does not cause excessive sliding. Therefore, no unnecessary load is generated and the life of the diaphragm valve 170 is long. Further, the diaphragm valve 170 does not deform greatly even if it receives pressure from the liquid in the pump chamber 11. Therefore, according to the reciprocating pump mechanism 10 of the present embodiment, the quantitative discharge can be performed with high accuracy and the reliability is high.
  • the drive device 10 5 can be downsized, improved in durability, and improved in discharge performance.
  • a screw is used as the power transmission mechanism 14 1 of the conversion mechanism 140.
  • a cam groove may be used.
  • a cup-shaped diaphragm valve is used as the valve body, but a diaphragm valve of other shapes or a biston equipped with an O-ring may be used.
  • FIG. 7 is an explanatory view showing a longitudinal section of the inflow side active valves 2 1 and 2 2 and the outflow side active valves 3 1, 3 2, 3 3 and 3 4 in the mixing pump device 1 to which the present invention is applied.
  • the inflow side active valves 2 1 and 2 2 and the outflow side active valves 3 1, 3 2, 3 3 and 3 4 all have the same structure, and each is driven.
  • a stepping motor 3 0 1 as a source is provided.
  • a lead screw 302, for example, a right-hand screw, is press-fitted and fixed to the rotating shaft 3011a of the stepping motor 3001.
  • the lead screw 3002 has the same rotational direction as the stepping motor 3001. Rotate in the direction.
  • a female screw 3 0 3 a of the valve holding member 30 3 is screwed into the lead screw 30 2.
  • a spring receiving portion 3 0 3 b is concentrically provided on the outer peripheral side of the valve holding member 3 0 3, and the spring receiving portion 3 0 3 b and the stepping motor 3 0 1 provide a spring.
  • the spring 30 4 is a compression coil spring that urges the valve holding member 30 3 in a direction away from the stepping motor 30 1.
  • the compression coil spring is used, but for example, a “tension coil spring” can also be used.
  • the tension coil / net can be held on the surface opposite to the spring receiving portion 30 3 b of the valve holding member 303.
  • a convex diaphragm holding portion 3 0 3 c is provided at the central portion of the valve holding member 3 0 3, and this diaphragm holding portion 3 0 3 c is an undercut portion of the diaphragm valve 2 60 2 6 0 a.
  • the diaphragm valve 2 60 is fixed by the outer peripheral portion 2 60 b being sandwiched between the base plate 7 6 and the flow path component plate 7 7, and the outer peripheral bead 2 6 0 e is also sandwiched and fixed. ing.
  • the bead 2 60 e prevents liquid from leaking from the gap between the base plate 7 6 and the flow path component plate 7 7 and contributes to improving the sealing performance.
  • Diaphragm valve 2600 has a bead portion 2600d concentrically formed in a portion that is in contact with flow path component plate 77 on the opposite side of undercut portion 2600a.
  • the valve holding member 3 0 3 is formed by the spring 3 0 4. Is biased away from the stepping motor 301. Therefore, when the valve holding member 30 3 is in a direct acting operation, the slope of the stepping motor 30 1 side in the thread portion of the lead screw 30 2 and the female screw 3 0 3 a of the valve holding member 30 3 a The stepping motor 3 0 1 side and the opposite slope are in contact with each other, that is, the lead screw 3 0 2 and the valve holding member 3 0 3 are engaged.
  • the diaphragm valve 2 60 is attached in the direction to close the intermediate position 2 7 7 of the inflow passages 5 1 and 5 2 and the outflow passages 6 1, 6 2, 6 3 and 6 4 by the spring 3 0 4. So that the flow path can be closed securely. Furthermore, the non-engagement state can be ensured by reversing the stepping motor 30 1 within the range of the play section between the lead screw 30 2 and the valve holding member 30 3.
  • FIG. 8 is a timing chart showing the operation of the mixing pump device 1 shown in FIG.
  • the driving device 105 stepping motor
  • the diaphragm valve 170 is driven in the direction in which the internal volume of the pump chamber 11 is expanded, and the stepping motor is moved in the other direction.
  • the driving device 105 stepping motor
  • the diaphragm valve 170 is driven in such a direction that the internal volume of the pump chamber 11 decreases.
  • control device of the mixing pump device 1 controls the opening and closing of the two inflow side active valves 2 1 and 2 2, so that each of the two inflow passages 5 1 and 5 2 Sequentially, after the aspirated liquid is mixed in the pump chamber 1 1, it is discharged sequentially from the outflow paths 6 1, 6 2, 6 3 and 6 4.
  • the operation of the mixing pump device 1 of the present embodiment will be described more specifically.
  • the first liquid LA for example, methyl alcohol
  • the second liquid LB is sucked through the inflow channel 52.
  • sucking water for example, water
  • the mixing ratio of the first liquid LA and the second liquid LB is lower than the mixing ratio of the second liquid LB in the ratio (mixing ratio) of the first liquid LA and the second liquid LB.
  • the uppermost stage is a reciprocating pump mechanism 1 The suction and discharge of 0 is shown.
  • the suction by the reciprocating pump mechanism 10 is the direction in which the drive device 10 5 rotates clockwise, for example, so that the diaphragm valve 1 70 increases the internal volume of the pump chamber 11.
  • the discharge by the reciprocating pump mechanism 10 is performed in the direction in which the driving device 105 rotates counterclockwise, for example, and the diaphragm valve 170 reduces the internal volume of the pump chamber 11. This is done by moving.
  • the reciprocating pump mechanism 10 is stopped when the power supply to the drive unit 105 is stopped.
  • the inflow side active valves 2 1 and 2 2 and the outflow side active valves 3 1, 3 2, 3 3, and 3 4 are open after a positive pulse is input, and negative pulses are When it is input, it switches to the closed state. Also, the inflow side active valves 2 1 and 2 2 and the outflow side active valves 3 1, 3 2, 3 3, and 3 4 are closed after a negative pulse is input. When it is input, it switches to the open state.
  • the inflow side active valve 22 switches from the open state to the closed state.
  • the inflow of the liquid LB from the inflow path 2 2 to the pump chamber 1 1 stops.
  • the entire amount of 1 Z 2 flows into the pump chamber 11.
  • the outflow side active valve 3 2 switches from the open state to the closed state. In this way, a mixed liquid in an amount corresponding to 1 Z 4 of the liquid flowing into the pump chamber 11 is discharged from the outflow path 62.
  • Such an operation is performed in the same way in the other outflow channels 63, 64, but since the contents are the same, description thereof is omitted.
  • the liquid mixed in the pump chamber 11 passes through the common flow path 8 1 and the chamber 8 2, and then flows out the flow paths 6 1, 6 2, 6 3. 6 4, even if the liquid composition of the mixed liquid varies depending on the position in the pump chamber 1 1, the mixed liquid is mixed in the pump chamber 1 1 and then the common flow path 8 1 and Mixing is also performed through chamber 82. Therefore, it is possible to prevent the concentration variation from occurring in the mixed liquid flowing out from each of the four outflow passages 61, 62, 63, 64. Even when the mixing pump device 1 is tilted and components tend to be biased in the pump chamber 11 1, the concentration of the liquid flowing out of each outflow path 6 1, 6 2, 6 3, 6 4 varies. Can be prevented.
  • this branch point 80 has a structure in which the common flow path 8 1 and the outflow paths 61, 62, 63, 64 are directly connected, and the opening cross-sectional area is small. Therefore, no liquid stagnation occurs at the branch point 80, so the four outflow paths 6 1, 6 2 , 6 3 and 6 4, it is possible to prevent the concentration variation from occurring in the mixed liquid flowing out from each of the above.
  • the chamber 8 2 is arranged so that the liquid outlet is located at the upper part, it is easy to discharge bubbles from the chamber 82. Therefore, it is possible to avoid a situation where a large bubble suddenly flows out from a specific outflow channel.
  • outflow channels 61, 62, 63, and 64 extend horizontally from the branch point 80. For this reason, bubbles do not concentrate and flow out to a specific outflow path among the outflow paths 61, 62, 63, 64.
  • the outflow channels 61, 62, 63, and 64 are arranged so as not to form sharp bent portions. Bubbles tend to accumulate at sharp bends, and the accumulated bubbles are separated from the inner walls of the outflow channels 61, 62, 63, and 64 after flowing out to a certain extent, but they form sharp bends. If not, bubbles are unlikely to stay. Therefore, it is possible to avoid a situation where a large bubble suddenly flows out from the outflow channels 61, 62, 63, 64.
  • each of the inflow channels 51, 52 is opened in a direction in which the liquid that has flowed into the pump chamber 11 faces each other in the pump chamber 11. For this reason, every time the inflow of the liquid from the inflow path 51 and the inflow of the liquid from the inflow path 52 are switched, the flow in the pump chamber 11 is reversed and a turbulent flow is generated. In addition, since the inlets 5 1 5 and 5 2 5 of the inflow channels 5 1 and 5 2 are opened so that liquid flows in the direction along the inner wall of the pump chamber 1 1, in the pump chamber 1 1, A swirling flow is also generated.
  • the liquid flowing in from each of the inflow channels 5 1 and 5 2 is agitated in the pump chamber 11 1 and sufficiently mixed and then flows out, so that the four outflow channels 6 1, 6 2, 6 3, 6 It is possible to prevent the concentration variation in the mixed liquid flowing out from each of the four.
  • inflow channels 5 1 and 5 2 have the nozzle shape shown in Fig. 4 (a), or Fig. 4
  • the liquid outlet 815 of the liquid to the common flow path 81 is disposed at a position farthest from the inlets 515 and 525. For this reason, it is possible to prevent the liquid flowing into the pump chamber 10 from flowing out of the pump chamber 10 without being sufficiently mixed.
  • the first liquid LA with a low mixing ratio of LB Before the first liquid LA with a low mixing ratio of LB sucks into the pump chamber 11, a part of the second liquid LB with a high mixing ratio flows into the pump chamber 11 1. Since LA can be prevented from being unevenly distributed in the corner of the pump chamber 11, for example, in the vicinity of the diaphragm valve 170, the first liquid LA and the second liquid LB can be reliably mixed. In particular, in this embodiment, after the second liquid LB with a high mixing ratio is sucked to an amount corresponding to the total amount of 1 Z 2, the first liquid LA with a low mixing ratio is sucked into the pump chamber 11. Later, since the remaining 1Z2 of the second liquid LB is sucked into the pump chamber 11, the first liquid LA and the second liquid LB can be mixed more reliably.
  • FIGS. 9A to 9H are cross-sectional views schematically showing a configuration example of a chamber added to the mixing pump device of this embodiment.
  • the chamber 82 has a larger opening cross-sectional area than the common flow path 81 and the outflow paths 61, 62, 63, 64, so that liquid is contained therein.
  • the turbulent flow or Z swirl flow is positively generated in the chamber 82 to improve the efficiency of the liquid. You may add the structure stirred well.
  • the chamber 82 shown in FIG. 9 (a) has a bottomed cylindrical cylindrical body 8 2 1 located on the outflow side, a lid 822 located on the inflow side, and an inner surface of the lid 822. And a cup-shaped partition member 823.
  • a liquid outlet 82 b is formed at the bottom of the cylindrical body 82 1, while a liquid inlet 82 a is formed at the center of the lid 822.
  • the force-feed partition member 823 is disposed so as to cover the liquid inlet 82 a, and a large number of through holes 83 a are formed in its body portion.
  • the liquid that has flowed into the chamber 82 from the liquid inlet 82 a flows out of the liquid inlet 82 b after passing through the through hole 823 a of the partition member 823.
  • the partition member 823 functions as a baffle plate, and the flow of the liquid is changed by the through hole 823 a of the partition member 8 23, and is sufficiently stirred and mixed in the chamber 82. It is possible to prevent the concentration variation from occurring in the mixed liquid flowing out of each of 1, 62, 63 and 64.
  • the chamber 82 is preferably arranged so that the liquid outlet 82 b is located in the upper part.
  • the inflow passages 51 and 52, the liquid inlet 82a has the nozzle shape shown in FIG. It is preferable to adopt a structure provided with the spiral groove 530 shown in (b). Such a configuration is the same in the chamber 82 shown in FIGS. 9 (b) to (h).
  • a chamber 82 shown in FIG. 9 (b) has a bottomed cylindrical cylinder 824 located on the inflow side, a lid 825 located on the outflow side, and an inner surface of the bottom of the cylinder 824. It is composed of a fixed cup-shaped partition member 823. A liquid inlet 82 a is formed at the bottom of the cylindrical body 824, while a liquid outlet 82 b is formed at the center of the lid 825. The force-feed partition member 823 is disposed so as to cover the liquid inlet 82a, and a large number of through holes 823a are formed in the body portion thereof. [0083] The chamber 8 2 shown in Fig.
  • the partition member 8 2 6 includes a large-diameter cylindrical portion 8 2 6 c and a small-diameter cylindrical portion 8 2 6 a, and the cylindrical body with the small-diameter cylindrical portion 8 2 6 a fitted to the liquid outlet 8 2 b 8 2 is held at 1.
  • the large diameter cylindrical portion 8 26 c has no through hole, but the small diameter cylindrical portion 8 26 a has a plurality of through holes 8 6 b. Yes. For this reason, the liquid that has flowed into the chamber 8 2 from the liquid inlet 8 2 a flows out from the liquid inlet 8 2 b after passing through the through hole 8 2 6 b of the partition member 8 26. At that time, the partition member 8 26 functions as a baffle plate, and the liquid is sufficiently stirred and mixed in the chamber 8 2.
  • the chamber 8 2 shown in Fig. 9 (d) has a bottomed cylindrical cylindrical body 8 2 4 located on the inflow side, a lid 8 2 5 located on the outflow side, and a cylindrical partition member. It consists of 8 2 and 6.
  • a liquid inlet 8 2 a is formed at the bottom of the cylindrical body 8 2 4, while a liquid outlet 8 2 b is formed at the center of the lid 8 25.
  • the partition member 8 2 6 includes a large-diameter cylindrical portion 8 2 6 c and a small-diameter cylindrical portion 8 2 6 a, and the lid body with the small-diameter cylindrical portion 8 2 6 a fitted to the liquid outlet 8 2 b 8 2 5 is held.
  • a plurality of through holes 8 6 b are formed in the small diameter cylindrical portion 8 26 6 a.
  • the chamber 8 2 shown in Fig. 9 (e) includes a bottomed cylindrical cylindrical body 8 2 1 located on the outflow side, a lid 8 2 2 located on the inflow side, and a liquid inlet 8 2a. It is composed of a plurality of disc-shaped partition members 8 2 7 held on the body of the cylindrical body 8 2 1 in the vertical direction in the axial direction toward the liquid outlet 8 2 b.
  • the partition member 8 27 is alternately arranged with a through hole 8 27 c formed on the outer peripheral side and with a through hole 8 27 d formed on the center side.
  • the partition member 8 2 7 Acts as a baffle and is thoroughly stirred and mixed in chamber 82.
  • the chamber 8 2 shown in Fig. 9 (f) includes a bottomed cylindrical cylindrical body 8 2 1 located on the outflow side, a lid 8 2 2 located on the inflow side, and a liquid inlet 8 2a. It is composed of a plurality of disc-shaped partition members 8 2 7 held on the body portion of the cylindrical body 8 21 in an oblique posture in the axial direction toward the liquid outlet 8 2 b. Through holes 8 2 7 e are formed on the outer peripheral side of the plurality of partition members 8 2 7, and the plurality of partition members 8 2 7 are through holes 8 2 7 in the adjacent partition member 8 2 7. e is arranged in a direction that deviates in the axial direction.
  • the partition member 8 2 7 functions as a baffle plate, and the liquid is sufficiently stirred and mixed in the chamber 8 2. Further, since the partition member 8 2 7 is disposed in an oblique posture, the liquid is guided toward the inner peripheral wall of the chamber 8 2. Therefore, the liquid is thoroughly stirred and mixed throughout the interior of chamber 82.
  • a chamber 8 2 shown in FIG. 9 (g) has a spiral groove on the inner surface of its cylindrical body portion 8 2 c.
  • a chamber 8 2 shown in FIG. 9 (h) includes a bottomed cylindrical cylindrical body 8 2 1 located on the outflow side and a lid body 8 2 2 located on the inflow side.
  • the ends of the support shaft 8 2 9 a that is perpendicular to the axial direction are held on the body of 8 2 1.
  • An impeller 8 2 9 b (stirring member) is supported near the center of the support shaft 8 2 9 a in the longitudinal direction so as to be rotatable around the support shaft 8 2 9 a. Therefore, the liquid flowing into the chamber 8 2 from the liquid inlet 8 2 a flows out from the liquid inlet 8 2 b while rotating the impeller 8 2 9 b.
  • the flow of the liquid is changed by the impeller 8 2 9 b and is sufficiently stirred and mixed in the chamber 8 2. It is possible to prevent the concentration variation from occurring in the liquid mixture flowing out from each of the paths 61, 62, 63, 64.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram schematically showing a cross section of a pump chamber according to a first modification of the mixing pump device to which the present invention is applied.
  • liquid flows in from the inflow path 5 1 in the counterclockwise CCW direction, and from the inlet 5 2 5 of the inflow path 5 2.
  • the liquid flowed in the direction of clockwise CW, but as shown in Fig. 10, the direction of the inflow passages 5 1 and 5 2 is the point of symmetry with the center 1 1 0 of the pump chamber 1 1 as the center.
  • the configuration facing the center 1 1 0 of the chamber 1 1 and the illustration are omitted, but the inflow channels 5 1 and 5 are symmetrical with respect to a virtual center line passing through the center 1 1 0 of the pump chamber 1 1, A configuration in which the orientation of 5 2 is set may be adopted. With this configuration, every time the liquid inflow from the inflow path 51 and the liquid inflow from the inflow path 52 are switched, the flow in the pump chamber 11 is reversed and turbulence is generated. Therefore, the liquid flowing in from each of the inflow channels 5 1 and 5 2 is stirred in the pump chamber 11 1 and mixed and sufficiently discharged. Although the liquid outlet is not shown in FIG. 10, the liquid outlet is formed on the upper surface of the pump chamber 11.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram schematically showing a cross section of a pump chamber according to a second modification of the mixing pump device to which the present invention is applied.
  • the inflow path 5 1 causes the liquid to flow in the direction of the counterclockwise rotation C CW around the center 110 of the pump chamber 11 as indicated by the arrow A2, and the flow of the inflow path 52 As shown by the arrow B 2, the inlet 5 2 5 also allows liquid to flow in the counterclockwise direction C CW around the center 110 of the pump chamber 11. For this reason, the inflow of liquid from the inflow channel 51 and the inflow Even if the flow of liquid from channel 5 2 is switched, a high-speed swirling flow continues to be generated in pump chamber 11. Therefore, the liquid flowing in from each of the inflow passages 51 and 52 is stirred in the pump chamber 11 and then flows out after being sufficiently mixed.
  • the liquid outlet is not shown in FIG. 10, the liquid outlet is formed on the upper surface of the pump chamber 11.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram of a configuration example 1 of the mixing device added to the mixing pump device to which the present invention is applied.
  • a mixing device 2 10 that mixes liquid in the pump chamber 11 is configured.
  • the mixing device 2 10 is formed on the pump chamber 11 side of the pump chamber 1 1 and the movable body 2 70 such as a diaphragm and a piston moving in the pump chamber 11 1. That is, the support shaft 2 11 is fixed to the upper surface portion of the pump device 11 in the axial direction, and the impeller 2 1 2 (rotary body) is rotatably supported by the support 2 11.
  • the inflow passages 5 1 and 5 2 are arranged so that the liquid collides with the tip portion of the impeller 2 1 2. Further, since the impeller 2 1 2 has directionality, from the viewpoint of efficiently rotating the impeller 2 1 2, the inflow channels 5 1 and 5 2 are in the same direction as shown in FIG. It is preferable to allow liquid to flow into.
  • FIG. 13 shows the mixing device added to the mixing pump device to which the present invention is applied.
  • 6 is an explanatory diagram of Configuration Example 2.
  • FIG. 13 in this example, a mixing device 2 20 that mixes liquid in the pump chamber 11 is configured.
  • the mixing device 2 20 is formed on the movable body 2 70 side of the pump chamber 1 1 and the movable body 2 70 such as a diaphragm or a viston moving in the pump chamber 1 1. .
  • a blade-like projection composed of a plurality of inclined surfaces 2 71 inclined in the circumferential direction is formed on the upper end surface of the movable body 2 70.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram of a configuration example 3 of the mixing device added to the mixing pump device to which the present invention is applied.
  • a mixing device 2 30 that mixes liquid in the pump chamber 11 is configured.
  • the mixing device 2 20 is formed on the movable body 2 70 side of the pump chamber 1 1 and the movable body 2 70 such as a diaphragm or a viston moving in the pump chamber 1 1. . That is, the support shaft 2 3 1 is fixed to the upper end surface of the movable body 2 70, and the impeller 2 3 2 (rotating body) is rotatably supported by the support 2 3 1.
  • a blade-like protrusion 1 74 may be added to a movable body such as a diaphragm valve 170 or a cap 1 79. With this configuration, the blade-like protrusions 1 7 4 are moved into the pump chamber 1 1 along with the pump operation. The liquid in the pump chamber can be stirred and the liquid can be efficiently mixed in the pump chamber 11.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram of a configuration example 4 of the mixing device added to the mixing pump device to which the present invention is applied.
  • a mixing device 2400 that mixes liquid in the pump chamber 11 is configured.
  • the mixing device 2 20 is formed on the movable body 3 70 side among the pump chamber 11 and the movable body 3 70 such as a piston moving in the pump chamber 11.
  • a plate-like protrusion 24 1 is formed on the upper end surface of the movable body 3 70 so as to pass through the center position thereof.
  • the movable body 37 0 moves in the axial direction while rotating around the axial line.
  • the movable body 37 0 moves in the axial direction while rotating around the axis, and the liquid flows into the pump chamber 11 from the inflow passages 5 1 and 5 2 When this occurs, the liquid is agitated by the protrusions 2 4 1 and a swirling flow is generated. Accordingly, the liquid that has flowed in from the inflow channels 51 and 52 is stirred in the pump chamber 11 and sufficiently mixed to flow out.
  • FIGS. 16 (a) to (d) are conceptual diagrams schematically showing Modification Example 1 of the pump mechanism of the mixing pump device to which the present invention is applied.
  • the pump chamber 11 is connected to the inflow passages 51 and 52 and the common flow passage 81, but the inflow passages 51, 52 and The common channel 8 1 communicates with the upper surface of the pump chamber 11.
  • Fig. 16 (a) shows a state where the movable body 4 70 such as a diaphragm or a piston is at the top dead center. Even in this state, the inflow channels 5 1 and 5 2 and the common channel 8 1 communicates with the pump chamber 1 1.
  • the inflow channels 51 and 52 and the common channel 81 are not blocked until the movable body 47 0 reaches the top dead center. Therefore, it is possible to flow out from the common flow path 81 with almost no fluid remaining in the pump chamber 11.
  • liquid can flow from the inflow channels 5 1 and 5 2 just by moving the movable body 4 70 slightly down from the top dead center. Therefore, the liquid can be mixed at a predetermined ratio with high accuracy.
  • the position where the movable body 5 70 contacts the upper surface of the pump chamber 11 is the top dead center, and the inflow flows at the inner peripheral wall of the pump chamber 11
  • the inflow channels 51 and 52 and the common channel 81 are communicated with each other near the upper surface of the pump chamber 11 in the inner peripheral wall of the pump chamber 11.
  • a protrusion 115 is partially formed on the upper surface of the pump chamber 11 so as to form a groove connecting the inflow passages 51 and 52 and the common passage 81. Furthermore, at the corner between the upper end surface and the side surface of the movable body 5 70, as shown in FIGS. 16 (b) and (c), when the movable body 5 70 reaches the top dead center. Cutouts 5 7 6, 5 7 7, 5 7 8 are formed in the movable body 5 70 at positions that overlap with the inflow paths 5 1, 5 2 and the common flow path 8 1.
  • the inflow channels 51 and 52 and the common channel 8 1 Communicates around 6 7 9 Accordingly, the inflow channels 51 and 52 and the common channel 81 are not blocked until the movable body 6700 reaches the top dead center. Therefore, the fluid can flow out from the common flow path 81 with almost no fluid remaining in the pump chamber 11.
  • the liquid can be introduced from the inflow channels 51 and 52 only by moving the movable body 6700 slightly from the top dead center, so that the liquid can be mixed at a predetermined ratio with high accuracy. .
  • FIG. 17 is a conceptual diagram schematically showing Modification Example 2 of the pump mechanism of the mixing pump apparatus to which the present invention is applied.
  • the inflow channel 51 through which methyl alcohol having a small specific gravity flows is connected at a position below the pump chamber 11 and water having a large specific gravity is introduced.
  • the inflow channel 5 2 is connected in the upper direction of the pump chamber 1 1.
  • Such a configuration can also be applied when there is a temperature difference between the two liquids. For example, a high-temperature liquid is allowed to flow from the inflow path 51 connected to the lower position of the pump chamber 11, and a low-temperature liquid is allowed to flow from the inflow path 52 connected to the upper position of the pump chamber 11. With this configuration, liquid with a high temperature tends to rise while liquid with a low temperature tends to fall, resulting in convection in the pump chamber 1 1. Can be mixed.
  • the chamber 82 is arranged in the middle of the common flow path 81 as shown by the arrow P 1 in FIG. 1 (a).
  • the arrow 82 The chamber 82 may be arranged at a branch point 80 of the outflow passages 61, 62, 63, 64 indicated by P2.
  • a chamber 82 may be arranged upstream of the active valves 31, 32, 33, 34, as indicated by an arrow P4. In this way, the chamber 82 may be arranged downstream of the active valves 31, 32, 33, 34.
  • FIGS. 18 (a) and (b) are conceptual diagrams schematically showing the configuration of the mixing pump device according to the second embodiment of the present invention, and schematically showing the configuration on the outflow side of the mixing pump device.
  • FIG. Since the basic configuration of the present embodiment and the later-described embodiment is the same as that of the first embodiment, common portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. To do.
  • the mixing pump device 1 of the present embodiment is also provided with two inflow channels 51, 52 and two inflow channels 51, 5 as in the first embodiment.
  • Inflow side active valves 21 and 22 disposed in each of the two, pump chamber 11 into which liquid flows in through each of the two inflow passages 51 and 52, and the internal volume of this pump chamber 11 1 expands and contracts
  • the reciprocating pump mechanism 1 1 is arranged in each of the four outflow passages 61, 62, 63, 64 and the four outflow passages 61, 62, 63, 64 for discharging the liquid mixed in the pump chamber 1 1
  • Outflow side active valves 31, 32, 33 and 34 are provided.
  • the pump chamber 11 is connected to the common flow path 81 and the chamber 82, and the plurality of outflow paths 61, 62, 63, 64 are connected to the common flow path 81 and the channel. It communicates with the pump chamber 1 1 through the chamber 8 2.
  • the four outflow channels 61, 62, 63, 64 are in direct communication with the chamber 82, and the chamber 82 is a branch point of the outflow channels 61, 62, 63, 64. It has become.
  • FIG. 19 is a conceptual diagram showing a configuration of a mixing pump device according to a modification of the second embodiment of the present invention.
  • the mixing pump device 1 of this embodiment also has a plurality of outflow passages 6 1, 6 2, 6 3, and 6 4, as in the second embodiment. It communicates with the pump chamber 1 through 1.
  • the four outflow channels 61, 62, 63, 64 are in direct communication with the chamber 82, and the chamber 82 is a branch point of the outflow channels 61, 62, 63, 64. It has become.
  • the opening area at the inflow ports 5 1 5 and 5 2 5 from the two inflow channels 5 1 and 5 2 is reduced.
  • the opening area of the inlets 5 1 5 and 5 2 5 of the two inflow channels 5 1 and 5 2 is the opening of the four outlet channels 6 1, 6 2, 6 3 and 6 4 in the chamber 8 2 6 It is narrower than the opening area of 1, 6 2 5, 6 3 5, 6 4 5, and the opening of the liquid outlet 8 15 in the pump chamber 11.
  • stirring in the pump chamber 11 can be performed efficiently. Therefore, the liquid can be efficiently mixed in the pump chamber 1 1, so that the concentration of the liquid flowing out from each of the four outflow passages 6 1, 6 2, 6 3 and 6 4 varies. This can be prevented.
  • FIG. 20 is a conceptual diagram showing the configuration of the mixing pump device according to the third embodiment of the present invention.
  • the mixing pump device 1 of this embodiment also has a plurality of outflow passages 6 1, 6 2, 6 3, 6 4, a common flow path 8 1 and a chamber 8 2, as in the second embodiment. It communicates with the pump chamber 1 through 1.
  • the four outflow passages 61, 62, 63, 64 are in direct communication with the chamber 82, and the chamber 82 is a branch point of the outflow passages 61, 62, 63, 64. It has become.
  • the common flow path 81 is bent at a plurality of locations. For this reason, the liquid flowing out from the pump chamber 11 is turbulently stirred at the bent portion of the common flow path 81, and after being uniformly mixed, reaches the chamber 82, so that four outflows occur. It is possible to prevent the concentration variation in the liquid flowing out from each of the paths 61, 62, 63, 64. Such a configuration can also be applied to the mixing pump device 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 21 is a conceptual diagram schematically showing the configuration of the mixing pump device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the mixing pump device 1 of the present embodiment also has a plurality of outflow passages 6 1, 6 2, 6 3, 6 4, a common flow path 8 1 and a chamber 8 2, as in the second embodiment. It communicates with the pump chamber 1 through 1.
  • the four outflow channels 61, 62, 63, 64 are in direct communication with the chamber 82, and the chamber 82 is a branch point of the outflow channels 61, 62, 63, 64. It has become.
  • the common outflow channel 81 is separated and connected to the flow path at a plurality of locations in the length direction. For this reason, when the liquid flowing out from the pump chamber 11 passes through the common outflow path 81, it is agitated by the separation and combination of the flow paths and mixed uniformly, and then reaches the chamber 82. It is possible to prevent variation in the concentration of the liquid flowing out from each of the four outflow paths 61, 62, 63, 64. Such a configuration can also be applied to the mixing pump device 1 according to the first embodiment.
  • Fig. 2 2 (a), (b), (c) is a myxin according to Embodiment 5 of the present invention. It is a conceptual diagram which shows the structure of a group pump apparatus typically.
  • the two inflow passages 5 1 and 5 2 are configured to communicate with the pump chamber 11, respectively.
  • the two inflow passages 5 1 , 52 may be connected to the pump chamber 11 through a common inflow path 71 (common inflow space).
  • a configuration may be adopted in which an inflow side chamber is disposed at the confluence point 70 of the inflow channels 51 and 52 shown by the arrow P5 in FIG. 22 (a).
  • a configuration in which the inflow side chamber is arranged in the middle of the common inflow passage 71 may be adopted.
  • Such a configuration can also be combined with Embodiment 1.
  • a reciprocating pump mechanism 1 1 that expands and contracts the internal volume of the pump chamber 1 1, and a pump chamber 1 1
  • Outflow side active placed in each of the four outflow paths 6 1, 6 2, 6 3, 6 4 and the four outflow paths 61, 62, 63, 64 Valves 3 1, 3 2, 3 3 and 3 4 are provided.
  • a common inflow passage 71 communicates with the pump chamber 11, and the two inflow passages 51 and 52 communicate with the pump chamber 11 via the common inflow passage 71.
  • the inlet 7 15 from the common inlet channel and the liquid outlet 8 15 to the common outlet channel 8 1 are the circumferential direction of the inner peripheral walls of the pump chamber 11. Is opened at the most distant position.
  • an inflow side chamber 7 2 having an opening cross-sectional area larger than that of the inflow channels 5 1 and 5 2 is arranged at the junction 70 of the two inflow channels 5 1 and 5 2, and the two inflow channels 5 1 and 5 2 communicate with the pump chamber 11 1 through a common inflow space 7 including an inflow side chamber 7 2 and a common inflow passage 7 1.
  • the inflow side chamber 7 2 constitutes a cylindrical space, and the liquid inflow port 7 1 1 to the common inflow channel 7 1 and the inflow ports 5 1 and 5 2 from the inflow channels 5 1 and 5 2 7 What is the outlet opening of inflow channels 5 1 and 5 2 Of the inner peripheral wall of the inflow side chamber 72, the opening is opened at the most spaced position in the circumferential direction.
  • the liquids can be mixed before flowing into the pump chamber 11, so that the liquids can be mixed efficiently.
  • the common inflow passage 71 may be bent at a plurality of locations. As described above, the common inflow channel 71 may be separated and combined at a plurality of locations in the length direction.
  • the pump chamber shown in FIG. 3, FIG. 4, FIG. 10 or FIG. 11 is used for the connection structure of the inflow passages 51 and 52 with respect to the inflow side chamber 72.
  • a connection structure to the inflow channels 5 1 and 5 2 for 1 1 may be adopted.
  • FIGS. 23 (a) and (b) are conceptual diagrams schematically showing an example in which a plurality of chambers are configured in a mixing pump device to which the present invention is applied.
  • the chamber 8 2 adopts a configuration in which a plurality of chambers 8 are connected in series, or a configuration in which a plurality of chambers 8 are connected in parallel as shown in Fig. 23 (b). Also good.
  • a deaeration device may be configured in the outflow side chamber 82 or the inflow side chamber 72. If comprised in this way, it can prevent that the liquid bubble which flows out outflow path 61,62,63,64 is generated.
  • a deaeration device may be configured in at least one of the two inflow passages 51 and 52. When water is supplied from the inflow path 51 and methanol is supplied from the inflow path 52, methanol has higher gas solubility. For this reason, when water and methanol are mixed in the pump chamber 11 or the common inflow space 8, bubbles are generated and the generation of such bubbles hinders the quantitative discharge of the mixed liquid from the pump chamber 11.
  • an ultrasonic deaerator and a deaeration membrane are installed in the middle of the inflow path 52 for supplying methanol. If a degassing device is used, the dissolved gas in methanol can be reduced. Therefore, even if water and methanol are mixed in the pump chamber 11 or common inflow space 8, no bubbles are generated.
  • the inner wall of the chamber 82, the inflow side chamber 72, and further the pump chamber 11 are subjected to a hydrophilic treatment such as a coating treatment such as a plasma irradiation force.
  • a hydrophilic treatment such as a coating treatment such as a plasma irradiation force.
  • the example using the diaphragm valve 1700 as the diaphragm valve 1700 has been mainly described.
  • the present invention may be applied to a mixing pump apparatus using a plunger as the valve body. .
  • the application of the mixing pump device 1 to which the present invention is applied is not limited to a fuel cell, but can be used as a pump for preparing a compound medicine by preparing a plurality of chemical solutions, for example. Furthermore, it may be used as an ice making pump for a refrigerator, and used to discharge a shovel liquid having a different taste, color, and fragrance from the outflow passage for each ice making block.
  • each liquid is mixed in the pump chamber and flows out from each of the plurality of outflow paths.
  • the liquid mixing chamber is provided in the outflow path, the liquid mixed in the pump chamber flows out of the outflow path after passing through the chamber. For this reason, even if the liquid composition varies depending on the position in the pump chamber, the liquid is mixed even after passing through the chamber after being mixed in the pump chamber.
  • even when the mixing pump device is tilted and components tend to be biased in the pump chamber, it is possible to prevent the concentration variation of the liquid flowing out from each outflow path.

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Abstract

　燃料電池などに用いられるミキシングポンプ装置（１）には、２つの流入路（５１、５２）と、２つの流入路（５１、５２）の各々に配置された流入側アクティブバルブ（２１、２２）と、２つの流入路（５１、５２）の各々を介して液体が流入するポンプ室（１１）と、このポンプ室（１１）で混合された液体を流出させる４つの流出路（６１、６２、６３、６４）と、４つの流出路（６１、６２、６３、６４）の各々に配置された流出側アクティブバルブ（３１、３２、３３、３４）とが構成されている。また、ポンプ室（１１）と複数の流出路（６１、６２、６３、６４）の分岐点（８０）との間にはチャンバ（８２）が構成されている。このため、ポンプ室（１１）内で混合した液を流出路（６１、６２、６３、６４）から流出させた際の液の濃度ばらつきを防止することができる。

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、 複数の液体を混合して供給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燃料供給装置として備えた燃料電池に関するも のである。
背景技術
[0002] 複数の液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、 図 2 4に模式的に示すように、 複数の流入路 5 1、 5 2と、 これらの流 入路 5 1、 5 2の各々に配置された流入側バルブ （図示せず） 、 流入路 5 1 、 5 2が接続されたポンプ室 1 1と、 このポンプ室 1 1に直接、 連通する複 数の流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4と、 これらの流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4の各々に配置された流出側バルブ （図示せず） とを有するものが提案さ れている。 このようなミキシングポンプ装置では、 複数の流入路 5 1、 5 2 から流入した液体をポンプ室 1 1で混合した後、 このポンプ室 1 1から混合 液体を複数の流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4の各々から流出させる （特許文 献 1麥照) o
特許文献 1 ：特開 2 0 0 6 _ 2 9 1 8 9号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] しかしながら、 ミキシングポンプ装置では、 ポンプ室 1 1内が液体で充満 した状態にあるため、 ポンプ機構の弁体 8 7 0の動きだけではポンプ室 1 1 内で液体同士を攪拌、 混合できない。 このため、 成分の濃度ばらつきを濃淡 で示すように、 例えば、 流入路 5 1に近い流出路 6 1、 6 2では、 流入路 5 1から流入した成分の濃度が高い混合液が流出するなど、 流出路 6 1、 6 2 、 6 3、 6 4から流出する混合液の組成がばらつくという問題点がある。 ま た、 同一の流出路であっても、 流出初期と終期とでは組成がばらつくという 問題点がある。 さらに、 複数の液体に比重差がある場合にポンプ室 1 1が傾 くと、 比重の大きな液体がポンプ室 1 1の下方に留まり、 流出路 6 1、 6 2 、 6 3、 6 4から流出する混合液の組成がばらつくこともある。
[0004] 以上の問題点に鑑みて、 本発明の課題は、 ポンプ室内で混合した液を複数 の流出路から流出させるにあたって、 各流出路から流出する液の濃度ばらつ きを防止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。
課題を解決するための手段
[0005] 上記課題を解決するために、 本発明では、 複数の流入路と、 該複数の流入 路の各々に配置された流入側バルブと、 該複数の流入路の各々を介して液体 が流入するポンプ室と、 該ポンプ室の内容積を膨張収縮させるボンプ機構と 、 前記ポンプ室で混合された液体を流出させる複数の流出路と、 該複数の流 出路の各々に配置された流出側バルブとを有するミキシングポンプ装置にお いて、 前記複数の流出路の少なくとも 1つの流出路には、 該流出路よりも開 口断面積が大きいチャンバが構成されていることを特徴とする。
[0006] 本発明では、 複数の流入路の各々から各液体がポンプ室に流入した後、 各 液体は、 ポンプ室で混合され、 複数の流出路の各々から流出する。 ここで、 流出路には液体混合用のチャンバを設けたので、 ポンプ室で混合された液体 は、 チャンバを経由した後、 流出路から流出する。 その際、 チャンバ内で液 体の流れが変化する。 このため、 ポンプ室内の位置によって液組成がばらつ いている場合でも、 液体は、 ポンプ室で混合された後、 チャンバ内を通過す る間でも混合されるので、 複数の流出路の間において、 あるいは、 同一の流 出路における流出初期と終期との間において混合液の組成がばらつくことを 防止することができる。 また、 ミキシングポンプ装置の姿勢が傾いてポンプ 室内で成分の偏りが発生しやすい状況でも、 各流出路から流出する液の濃度 ばらつきを防止することができる。
[0007] 本発明において、 前記複数の流出路は、 共通の流路を介して前記ポンプ室 に接続されていることが好ましい。 このように構成すると、 共通の流路内を 混合液が通過する際、 共通の流路内でも混合液が攪拌され、 しかる後に流出 路から流出する。 このため、 複数の流出路の各々から流出する混合液に濃度 ばらつきが発生することを防止することができる。
[0008] 本発明において、 前記チャンバは、 前記複数の流出路の分岐点と前記ボン プ室との間に介挿されていることが好ましい。 このように構成すると、 チヤ ンバ内で混合された混合液は、 共通の流路内を混合液が通過する際、 共通の 流路内でも混合液が攪拌され、 しかる後に流出路から流出する。 このため、 複数の流出路の各々から流出する混合液に濃度ばらつきが発生することを防 止することができる。 また、 チャンバのように液が滞留する部分に直接、 複 数の流出路が接続している場合と比較して、 流出路のチャンバへの連結位置 によって、 流出する混合液に偏りが発生しないので、 複数の流出路の各々か ら流出する液体に濃度ばらつきが発生することを防止することができる。
[0009] 本発明において、 前記分岐点の開口断面積は、 当該分岐点への入側流路の 開口断面積、 および前記流出路の開口断面積のうち、 大きい方の面積以下で あることが好ましい。 このように構成すると、 分岐点での混合液の滞留が発 生しないので、 複数の流出路の各々から流出する混合液に濃度ばらつきが発 生することを防止することができる。
[0010] 本発明において、 前記複数の流出路は、 前記分岐点から水平に延びている ことが好ましい。 このように構成すると、 複数の流出路のうちの特定の流出 路に気泡が集中して流出することを防止することができる。
[0011 ] 本発明において、 前記チャンバ内では、 当該チャンバ内で発生した乱流ま たは Zおよび旋回流により液体が混合されることが好ましい。 チャンバ内で 乱流や旋回流を発生させると、 チャンバ内で混合液が十分、 攪拌されて均一 に混合されるので、 複数の流出路の各々から流出する液体に濃度ばらつきが 発生することを防止することができる。 このような乱流または Zおよび旋回 流をチャンバ内で積極的に発生させるには、 チャンバ内に邪魔板を配置した 構成、 チャンバの内壁に螺旋溝などの凹凸を形成した構成、 チャンバ内にィ ンペラなどの攪拌部材を配置した構成を採用すればよい。 また、 チャンバ内 に攪拌部材を配置した場合に、 攪拌部材については流体圧で動く構成、 チヤ ン / 外から付与された駆動力で動く構成を採用することもできる。
[0012] 本発明において、 前記チャンバは、 直列または Zおよび並列の接続関係を もって複数、 構成されていることが好ましい。
[0013] 本発明において、 前記チャンバは、 当該チャンバの上部に前記流出路への 液体出口を備えていることが好ましい。 このように構成すると、 チャンバ内 から気泡を排出しやすくなるので、 気泡がチャンバ内に滞留しない。 それ故 、 特定の流出路から大きな気泡が突然、 流出するという事態を回避すること ができる。
[0014] 本発明において、 前記複数の流出路には、 鋭角な屈曲部が形成されていな いことが好ましい。 鋭角な屈曲部では気泡が溜まりやすく、 溜まった気泡は 、 ある程度、 大きくなつてから流出路の内壁から離脱して流出するが、 鋭角 な屈曲部が形成されていなければ、 気泡の滞留が発生しにくい。 それ故、 大 きな気泡が突然、 流出するという事態を回避することができる。
[0015] 本発明において、 前記チャンバの内壁には親水処理が施されていることが 好ましい。 このように構成すると、 チャンバ内の内壁に気泡が付着しにくい ので、 大きな気泡が突然、 流出路から流出するという事態を回避することが できる。
[0016] 本発明において、 前記チャンバには脱気装置が構成されていることが好ま しい。 このように構成すると、 チャンバ内での気泡の発生を防止することが できるので、 気泡が流出路から流出するという事態を回避することができる
[0017] 本発明において、 前記複数の流入路は、 共通流入空間を介して前記ポンプ 室に連通していることが好ましい。 このように構成すると、 ポンプ室に流入 する前に液体同士が共通流入室で混合され、 しかる後に、 ポンプ室に流入す る。 従って、 ポンプ室内の位置によって混合液の組成がばらつくことを防止 することができる。
[0018] 本発明に係るミキシングポンプ装置は、 例えば、 少なくとも、 複数の起電 部と、 該複数の起電部の各々に対する燃料供給装置とを有する燃料電池にお いて、 燃料供給装置として用いることができる。 このような燃料供給装置と して、 本発明に係るミキシングポンプ装置を用いると、 複数の起電部に濃度 ばらつきのない燃料 （混合液） を供給することができるので、 発電効率の向 上を図ることができる。
図面の簡単な説明
[図 1 ] ( a ) 、 ( b ) は各々、 本発明を適用したミキシングポンプ装置を用い た燃料電池の構成を模式的に示すブロック図、 および当該ミキシングポンプ 装置の外観図である。
[図 2] ( a ) 、 ( b ) は各々、 本発明の実施の形態 1に係るミキシングポンプ 装置の構成を模式的に示す概念図、 およびこのミキシングポンプ装置の流出 側の構成を模式的に示す概念図である。
[図 3]本発明の実施の形態 1に係るミキシングポンプ装置のポンプ室の横断面 を模式的に示す概念図である。
[図 4] ( a ) 、 ( b ) は各々、 本発明の実施の形態 1に係るミキシングポンプ 装置の流入路とポンプ室との連通部分の断面図である。
[図 5]図 1に示すミキシングポンプ装置の本体部分の縦断面図である。
[図 6]図 1に示すミキシングポンプ装置に用いた往復ポンプ機構を縦に分割し た状態の分解斜視図である。
[図 7]図 1に示すミキシングポンプ装置において、 流入側アクティブバルブお よび流出側アクティブバルブの縦断面を示す説明図である。
[図 8]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図で める。
[図 9] ( a ) 〜 （h ) は各々、 本形態のミキシングポンプ装置に付加されるチ ヤンバの構成例を模式的に示す断面図である。
[図 10]本発明を適用したミキシングポンプ装置の変形例 1に係るポンプ室の 横断面を模式的に示す概念図である。
[図 1 1 ]本発明を適用したミキシングポンプ装置の変形例 2に係るポンプ室の 横断面を模式的に示す概念図である。
[図 12]本発明を適用したミキシングポンプ装置に付加した混合装置の構成例 1の説明図である。
[図 13]本発明を適用したミキシングポンプ装置に付加した混合装置の構成例 2の説明図である。
[図 14]本発明を適用したミキシングポンプ装置に付加した混合装置の構成例 3の説明図である。
[図 15]本発明を適用したミキシングポンプ装置に付加した混合装置の構成例 4の説明図である。
[図 16] ( a ) 〜 （d ) は各々、 本発明を適用したミキシングポンプ装置のポ ンプ機構の改良例 1を模式的に示す概念図である。
[図 17]本発明を適用したミキシングポンプ装置のポンプ機構の改良例 2を模 式的に示す概念図である。
[図 18] ( a ) 、 ( b ) は各々、 本発明の実施の形態 2に係るミキシングボン プ装置の構成を模式的に示す概念図、 およびこのミキシングポンプ装置の流 出側の構成を模式的に示す概念図である。
[図 19]本発明の実施の形態 2の変形例に係るミキシングポンプ装置の構成を 模式的に示す概念図である。
[図 20]本発明の実施の形態 3に係るミキシングポンプ装置の構成を模式的に 示す概念図である。
[図 21 ]本発明の実施の形態 4に係るミキシングポンプ装置の構成を模式的に 示す概念図である。
[図 22] ( a ) 、 （b ) 、 （c ) は、 本発明の実施の形態 5に係るミキシング ポンプ装置の構成を模式的に示す概念図である。
[図 23] ( a ) 、 ( b ) は各々、 本発明を適用したミキシングポンプ装置にお いてチャンバを複数、 構成した例を模式的に示す概念図である。
[図 24]従来のミキシングポンプ装置の構成を模式的に示す概念図である。 符号の説明 1 ミキシングポンプ装置
1 0 往復ポンプ機構
1 1 ポンプ室
2 1 、 22 流入側アクティブバルブ
3 1 、 32、 33、 34 流出側アクティブバルブ
5 1 、 52 流入路
6 1 、 62、 63、 64 流出路
7 共通流入空間
7 1 共通流入路
7 2 流入側チャンバ
8 1 共通流出路
8 2 流出側のチャンバ
1 7 0 ダイヤフラム弁 （ポンプ機構の可動体）
2 7 0、 370、 470、 570、 670 ポンプ機構の可動体
3 0 0 燃料電池
5 1 5、 5 1 7、 525、 527 流入路からの流入口
8 1 5 共通流出空間への液体の流出口
発明を実施するための最良の形態
[0021] 以下、 図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 なお、 以下の説明 では、 図 24に示した従来技術との対応が明確となるように、 共通する機能 を担う部分には同一の符号を付して説明する。
[0022] [実施の形態 1 ]
図 1 (a) 、 (b) は各々、 本発明を適用したミキシングポンプ装置を用 いた燃料電池の構成を模式的に示すブロック図、 および当該ミキシングボン プ装置の外観図である。 なお、 ミキシングポンプ装置の流出路は、 燃料電池 の起電部の数に応じて多数形成されるが、 図 1 (a) 、 (b) および以下の 説明では、 燃料電池の起電部およびミキシングポンプ装置の流出路を 4つと してある。 [0023] 図 1 (a) に示す燃料電池 300は、 メチルアルコール水溶液 （混合溶液 Z燃料） 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。 本形態の燃料電池 300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、 これらをミ キシングポンプ装置 1によって混合して最適濃度のメチルアルコール水溶液 を燃料として用いる。 未調製燃料としては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。 また、 燃 料は、 プロトンを発生可能な含水素流体であればよく、 メチルアルコール水 溶液の他、 エチルアルコール水溶液、 エチレングリコール水溶液、 ジメチル エーテル水溶液などを用いることもできる。
[0024] 本形態の燃料電池 300は、 図 1 (b) に示すミキシングポンプ装置 1と 、 ミキシングポンプ装置 1の複数の流出路 61、 62、 63、 64の各々が 接続された起電部 351 (351 a、 351 b、 351 c、 351 d) と、 空気供給装置 （図示せず） とを備えている。 空気供給装置の複数の空気流出 路 （図示せず） からは、 起電部 351 (351 a、 351 b、 351 c、 3 51 d) のカソード電極へ空気が供給される。 複数の起電部 351は各々、 アノー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、 カソ 一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。 ァノード極では 、 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。 電子はアノード 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 て力ソード極に移動し、 力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、
3Z202+6 H++6 e_ → 3 H20
水を生成する。 [0025] このように構成した燃料電池 300において、 メチルアルコールおよび水 は、 流入路 5 1、 52を介してミキシングポンプ装置 1のポンプ室 1 1に各 々導入される。 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流出路 6 1、 62、 63、 64を介して各起電 部 35 1 a、 35 1 b、 35 1 c、 35 1 dに供給され、 発電に用いられる 。 従って、 流出路 6 1、 62、 63、 64は、 濃度ばらつきのない燃料を供 給する必要がある。 そこで、 本形態では、 ミキシングポンプ装置 1を以下に 説明するように構成してある。
[0026] (ミキシングポンプ装置の構成）
図 1 (b) に示すように、 本形態のミキシングポンプ装置 1では、 本体部 分 2に複数の流入口と複数の流出口とが開口しており、 ここでは、 2つの流 入口 5 1 1、 52 1と、 4つの流出口 6 1 1、 62 1、 63 1、 64 1とが 構成されている例を示してある。 このミキシングポンプ装置 1では、 2つの 流入口 5 1 1、 52 1の各々から異なる液体が本体部分 2に順次、 流入した 後、 本体部分 2で混合され、 しかる後に、 4つの流出口 6 1 1、 62 1、 6 3 1、 64 1から順次、 流出する。
[0027] 本体部分 2は、 底板 75、 ベース板 76、 流路構成板 77、 この流路構成 板 77の上面を覆うことによリ流路の上面を塞ぐ上板 78がこの順に積層さ れている。 上板 78には、 流入口 5 1 1、 52 1を備えたパイプ 5 1 0、 5 20、 および流出口 6 1 1、 62 1、 63 1、 64 1を備えたパイプ 6 1 0 、 620、 630、 640が連結されており、 パイプ 5 1 0. 520によつ て流入路 5 1、 52が構成され、 パイプ 6 1 0、 620、 630、 640に よって流出路 6 1、 62、 63、 64が構成されている。
[0028] (流出側の構成）
図 2 (a) 、 (b) は各々、 本発明の実施の形態 1に係るミキシングボン プ装置の構成を模式的に示す概念図、 およびこのミキシングポンプ装置の流 出側の構成を模式的に示す概念図である。 [0029] 本形態のミキシングポンプ装置 1は、 図 1 (a) および図 2 (a) に示す ように、 2つの流入路 51、 52と、 2つの流入路 51、 52の各々に配置 された流入側アクティブバルブ 21、 22と、 2つの流入路 51、 52の各 々を介して液体が流入するポンプ室 1 1と、 このポンプ室 1 1の内容積を膨 張収縮させるダイヤフラムやビストンなどの可動体を備えた往復ポンプ機構 1 0と、 ポンプ室 1 1で混合された液体を流出させる 4つの流出路 61、 6
2、 63、 64と、 4つの流出路 61、 62、 63、 64の各々に配置され た流出側アクティブバルブ 31、 32、 33、 34とを備えている。 2つの 流入路 51、 52は互いに長さ、 開口断面積、 および開口断面形状が同一で あり、 4つの流出路 61、 62、 63、 64は互いに長さ、 開口断面積、 お よび開口断面形状が同一である。
[0030] 本形態では、 ポンプ室 1 1に共通流路 81が接続されている。 共通流路 8
1の最終端は、 流出路 61、 62、 63、 64の分岐点 80になっており、 この分岐点 80から流出路 61、 62、 63、 64が延びている。
[0031] 流出路 61、 62、 63、 64は、 分岐点 80から水平に延びている。 ま た、 流出路 61、 62、 63、 64は、 鋭角な屈曲部を形成しないように、 直線的、 あるいは緩く湾曲した形状をもって配置されている。
[0032] 共通流路 81の途中位置には、 共通流路 81および流出路 61、 62、 6
3、 64よりも開口断面積の大きなチャンバ 82が介揷されている。 ここで 、 チャンバ 82は、 上部に、 共通流路 81および流出路 61、 62、 63、 64への液体出口が位置するように配置される。
[0033] 図 2 (b) に示すように、 分岐点 80は、 共通流路 81と流出路 61、 6 2、 63、 64とを直接、 接続した構造になっており、 分岐点 80の内径寸 法 DOは、 分岐点 80への入側流路 （共通流路 81 ) の内径寸法 D 1、 およ び流出路 61、 62、 63、 64の内径寸法 D 2のうち、 大きい方の寸法以 下であり、 分岐点 80の開口断面積は、 分岐点 80への入側流路 （共通流路 81 ) の開口断面積、 および流出路 61、 62、 63、 64の開口断面積の うち、 大きい方の面積以下である。 従って、 分岐点 80は内容積が小さく、 液体の滞留が発生しない。
[0034] このようにして、 流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4は、 共通流路 8 1および チャンバ 8 2を介してポンプ室 1 1に連通しているとともに、 ポンプ室 1 1 と流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4の分岐点 8 0との間に、 流出路 6 1、 6 2 、 6 3、 6 4に対して共通のチャンバ 8 2が構成されている。
[0035] (ポンプ室の構成）
図 3は、 本発明の実施の形態 1に係るミキシングポンプ装置のポンプ室の 横断面を模式的に示す概念図である。 図 4 ( a ) 、 ( b ) は各々、 本発明の 実施の形態 1に係るミキシングポンプ装置の流入路とポンプ室との連通部分 の断面図である。
[0036] 図 3に示すように、 ポンプ室 1 1は円柱状空間を構成しており、 2つの流 入路 5 1、 5 2の流入口 5 1 5、 5 2 5、 および共通流路 8 1への液体出口 8 1 5はいずれも、 ポンプ室 1 1の内周壁面で開口している。 液体出口 8 1 5と流入口 5 1 5、 5 2 5とは、 ポンプ室 1 1の内周壁のうち、 周方向にお いて最も離間した位置で開口している。 すなわち、 流入口 5 1 5、 5 2 5は 、 ポンプ室 1 1の内周壁面で比較的近接する位置に配置されている一方、 液 体出口 8 1 5は、 流入口 5 1 5、 5 2 5の中心位置に対して約 1 8 0 ° ずれ た角度位置に配置されている。
[0037] また、 流入路 5 1、 5 2の流入口 5 1 5、 5 2 5は、 各々から流入した液 体がポンプ室 1 1内において互いに対向し合う方向に向かって開口している 。 すなわち、 流入路 5 1の流入口 5 1 5は、 矢印 A 2で示すように、 ポンプ 室 1 1の中央 1 1 0を中心とする反時計回り C CWの方向に液体を流入する 方向に開口しているのに対して、 流入路 5 2の流入口 5 2 5は、 矢印 B 1で 示すように、 ポンプ室 1 1の中央 1 1 0を中心とする時計回り CWの方向に 液体を流入する方向に開口している。 また、 流入路 5 1、 5 2の流入口 5 1 5、 5 2 5はいずれも、 ポンプ室 1 1の内周壁に沿う方向に液体を流入する ように開口している。
[0038] 図 4 ( a ) に示すように、 流入路 5 1、 5 2は、 ポンプ室 1 1に連通する 流入口 5 1 0、 5 2 0の開口断面積が、 その入側に位置する部分の開口断面 積より小さく、 ノズル状になっている。 このため、 流入口 5 1 0、 5 2 0か らは、 液体がポンプ室 1 1に高速で流入する。 従って、 ポンプ室 1 1におい て、 流入路 5 1から流入した液体と、 流入路 5 1から流入した液体 5 2は、 ポンプ室 1 1内で乱流および Zまたは旋回流を発生させるので、 効率よく混 合される。
[0039] また、 流入路 5 1、 5 2については、 図 4 ( b ) に示すように、 ポンプ室
1 1に連通する流入口 5 1 0. 5 2 0近傍の内周面に螺旋溝 5 3 0などの凹 凸を形成してもよい。 このように構成すると、 ポンプ室 1 1において、 流入 路 5 1から流入した液体、 および流入路 5 1から流入した液体 5 2は、 ボン プ室 1 1内で乱流を発生させるので、 効率よく混合される。
[0040] (往復ポンプ機構 1 0の具体的構成例）
図 5および図 6を参照して、 本形態のミキシングポンプ装置 1においてポ ンプ室 1 1に配置した往復ポンプ機構 1 0の具体的構成例を説明する。 図 5 は、 図 1に示すミキシングポンプ装置 1の本体部分の縦断面図である。 図 6 は、 本発明を適用したミキシングポンプ装置 1に用いた往復ポンプ機構 1 0 を縦に分割した状態の分解斜視図である。
[0041] 図 5および図 6に示すように、 本形態のミキシングポンプ装置 1の本体部 分 2は、 底板 7 5、 ベース板 7 6、 流路構成板 7 7、 および上板 7 8がこの 順に積層された構造を有している。 ベース板 7 6、 流路構成板 7 7、 および 上板 7 8にはポンプ室 1 1を構成する穴が形成されており、 ポンプ室 1 1に 対しては往復ポンプ機構 1 0が構成されている。 本形態において、 往復ボン プ機構 1 0は、 ポンプ室 1 1の内容積を膨張収縮させて液体の吸入および吐 出を行うダイヤフラム弁 1 7 0 (弁体 Z可動体） と、 ダイヤフラム弁 1 7 0 を駆動する駆動装置 1 0 5とを備えている。
[0042] 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ロータ 1 0 3と、 このロータ 1 0 3の内側に同軸状に 配置された移動体 1 6 0と、 ロータ 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。 ここで、 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、 地板 7 9とベース板 7 6との間に搭載された状態にある。
[0043] 駆動装置 1 0 5において、 ステータ 1 2 0は、 ポビン 1 2 3に巻回された コイル 1 2 1、 およびコイル 1 2 1を覆うように配置された 2枚のヨーク 1 2 5からなるュニッ卜が軸線方向に 2段に積層された構造になっている。 こ の状態で、 上下 2段のいずれのユニットにおいても、 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だ状態となり、 ス テツビングモータのステータとして機能する。
[0044] ロータ 1 0 3は、 上方に開口するカップ状部材 1 3 0と、 このカップ状部 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 卜 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、 地板 7 9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が形成されている一方、 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 成されており、 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 リテーナ 1 8 1およびこのリテーナ 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ポール 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、 ロータ 1 0 3は、 軸線周りに回転可能な状態で本体部分 2 に支持された状態にある。
[0045] ロータ 1 0 3において、 ロータマグネッ卜 1 5 0の外周面は、 ステータ 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。 ここで、 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とはステッピングモータを構成している
[0046] 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。
[0047] 本形態では、 ロータ 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を構成するにあたって、 カップ状部材 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を形 成する一方、 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力 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は力ッ プ状部材 1 3 0の内側に支持された状態となる。 また、 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 、 カップ状部材 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 0は、 ロータ 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。
[0048] 移動体 1 6 0には、 ダイヤフラム弁 1 7 0が直接、 連結されている。 ダイ ャフラム弁 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とを備えたカッ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 ラム弁 1 7 0のフランジ部 1 7 5の外周縁は、 液密性と位置決めとして機能 する肉厚部になっており、 この肉厚部は、 流路構成板 7 7の貫通穴 7 7 0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 1 1の下面を規定し、 かつ 、 ポンプ室 1 1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。
[0049] この状態で、 ダイヤフラム弁 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。 しかるに本形態では、 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 ィャフラム弁 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 つて、 ダイヤフラム弁 1 7 0はいずれの状態にあっても、 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。
[0050] また、 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 （図示せず） 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、 口 ータ 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 起と溝 1 3 6は、 ロータ 1 0 3および移動体 1 6 0の停止位置を規定するス トツパとして機能する。 すなわち、 溝 1 3 6は、 周方向において深さが変化 しておリ、 移動体 1 6 0が軸線方向の下方に移動すると、 突起が溝 1 3 6内 に嵌るとともに、 ロータ 1 0 3の回転により溝 1 3 6の端部が突起に当接す る。 その結果、 ロータ 1 0 3の回転が阻止され、 ロータ 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弁 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。
[0051 ] このように構成した往復ポンプ機構 1 0において、 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 1 1の内容積が拡 大する方向にダイヤフラム弁 1 7 0を駆動し、 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 1 1の内容積が縮小する方向にダイヤフラム弁
1 7 0を駆動する。 すなわち、 ステータ 1 2 0のコイル 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、 ダイヤフラム弁 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 1 1の内容積を膨張、 収縮させるので、 ポンプ室 1 1では、 液 体の流入と液体の流出が行われる。
[0052] このように本形態の往復ポンプ機構 1 0では、 ステッピングモータ機構に よるロータ 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 、 ダイヤフラム弁 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からダイヤフラム弁 1 7 0まで、 必要最小限の部 材で動力を伝達するので、 往復ポンプ機構 1 0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、 あるいはステータの極歯を増加 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 1 1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 さる。
[0053] また、 本形態ではダイヤフラム弁 1 7 0を用いているが、 このダイヤフラ ム弁 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、 ダイヤフラム弁 1 7 0の寿命が長い。 また、 ダイヤフラム弁 1 7 0は 、 ポンプ室 1 1の液体から圧力を受けても、 大きな変形はしない。 それ故、 本形態の往復ポンプ機構 1 0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。
[0054] さらに、 ロータ 1 0 3は、 本体部分 2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 、 ロータ 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。
[0055] なお、 上記形態では、 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、 カム溝を利用してもよい。 さらに、 上記形態では弁体として、 カップ状のダイヤフラム弁を用いたが、 その他の形状のダイヤフラム弁、 あ るいは Oリングを備えたビストンを用いてもよい。
[0056] (ァクティブバルブの具体的構成例）
図 5および図 7を参照して、 本形態のミキシングポンプ装置に用いた流入 側アクティブバルブ 2 1、 2 2および流出側アクティブバルブ 3 1、 3 2、 3 3、 3 4の具体的構成例を説明する。 図 7は、 本発明を適用したミキシン グポンプ装置 1において、 流入側アクティブバルブ 2 1、 2 2および流出側 アクティブバルブ 3 1、 3 2、 3 3、 3 4の縦断面を示す説明図である。
[0057] 図 5および図 7において、 流入側アクティブバルブ 2 1、 2 2および流出 側アクティブバルブ 3 1、 3 2、 3 3、 3 4はいずれも同一構造を有してお リ、 各々が駆動源となるステッピングモータ 3 0 1を備えている。 ステツピ ングモータ 3 0 1の回転軸 3 0 1 aには、 例えば右ネジからなるリードスク リュー 3 0 2が圧入固定されており、 このリードスクリュー 3 0 2は、 ステ ッビングモータ 3 0 1の回転方向と同方向に回転する。 リードスクリュー 3 0 2には、 バルブ保持部材 3 0 3の雌ネジ 3 0 3 aがネジ勘合されている。 従って、 ステツビングモータ 3 0 1がリードスクリユー 3 0 2側からみて反 時計回りに回転すると、 バルブ保持部材 3 0 3はステッピングモータ 3 0 1 に近寄る一方、 ステツビングモータ 3 0 1がリードスクリユー 3 0 2側から みて時計回りに回転すると、 バルブ保持部材 3 0 3はステッピングモータ 3 0 1から遠ざかることになる。 すなわち、 リードスクリュー 3 0 2の回転は 、 リードスクリュー 3 0 2とバルブ保持部材 3 0 3とが螺子結合によって係 合し、 かつ、 バルブ保持部材 3 0 3が回止めされているため、 直動に変換さ れる。 [0058] バルブ保持部材 3 0 3の外周側にはスプリング受部 3 0 3 bが同心状に設 けられており、 このスプリング受部 3 0 3 bとステツビングモータ 3 0 1に よって、 スプリング 3 0 4が保持されている。 スプリング 3 0 4は圧縮コィ ルバネからなリ、 バルブ保持部材 3 0 3をステツビングモータ 3 0 1から離 反する方向に付勢している。 なお、 本実施形態では、 圧縮コイルバネを採用 したが、 例えば 「引っ張りコイルバネ」 を採用することもできる。 この場合 、 バルブ保持部材 3 0 3のスプリング受け部 3 0 3 bの反対面に、 引っ張り コイル/ ネを保持することができる。
[0059] バルブ保持部材 3 0 3の中央部には、 凸形状のダイヤフラム保持部 3 0 3 cが設けられており、 このダイヤフラム保持部 3 0 3 cは、 ダイヤフラム弁 2 6 0のアンダーカット部 2 6 0 aと勘合している。 ここで、 ダイヤフラム 弁 2 6 0は、 外周部 2 6 0 bがベース板 7 6と流路構成板 7 7とに挟み込ま れて固定され、 かつ、 外周側のビード 2 6 0 eも挟み込み固定されている。 ビード 2 6 0 eは、 液体がベース板 7 6と流路構成板 7 7との隙間から漏れ 出るのを防ぎ、 シール性の向上に貢献している。 また、 ダイヤフラム弁 2 6 0の膜部 2 6 0 cは変形し易いため、 応力が集中しないように円弧状に形成 されている。 なお、 ダイヤフラム弁 2 6 0は、 アンダーカット部 2 6 0 aと 反対側で流路構成板 7 7と当接する部分にも同心状にビード部 2 6 0 dが形 成されている。
[0060] このように構成した流入側アクティブバルブ 2 1 、 2 2および流出側ァク ティブバルブ 3 1 、 3 2、 3 3、 3 4では、 スプリング 3 0 4によって、 バ ルブ保持部材 3 0 3がステツビングモータ 3 0 1から離反する方向に付勢さ れている。 従って、 バルブ保持部材 3 0 3が直動動作しているときには、 リ 一ドスクリユー 3 0 2のネジ部におけるステツビングモータ 3 0 1側の斜面 とバルブ保持部材 3 0 3の雌ネジ 3 0 3 aにおけるステッピングモータ 3 0 1側と反対側の斜面とが接触した状態、 すなわちリードスクリュー 3 0 2と バルブ保持部材 3 0 3とが係合した状態で保たれる。 これに対して、 穴 2 7 7がダイヤフラム弁 2 6 0によって閉鎖されているときには、 スプリング 3 0 4の付勢力と、 ダイヤフラム弁 2 6 0が流路構成板 7 7から受ける反作用 の力とが釣り合う。 従って、 リードスクリュー 2 0 2のネジ部におけるステ ッビングモータ 3 0 1側と反対側の斜面と、 バルブ保持部材 3 0 3の雌ネジ 3 0 3 aにおけるステッピングモータ 3 0 1側の斜面とが接触していない状 態、 すなわちリードスクリユー 3 0 2とバルブ保持部材 3 0 3とが遊びとの 間で非係合となった状態で保たれる。 それ故、 ダイヤフラム弁 2 6 0は、 ス プリング 3 0 4によって、 流入路 5 1、 5 2および流出路 6 1、 6 2、 6 3 、 6 4の途中位置 2 7 7を閉鎖する方向に付勢され、 流路を確実に閉鎖する ことができる。 さらに、 ステッピングモータ 3 0 1をリードスクリュー 3 0 2とバルブ保持部材 3 0 3との遊び区間の範囲内で逆転させることで、 非係 合状態を確実にすることもできる。
[0061 ] (動作）
図 8は、 図 1に示すミキシングポンプ装置 1の動作を示すタイミングチヤ 一卜図である。 本形態において、 駆動装置 1 0 5 (ステッピングモータ） が 一方方向に回転駆動したときにポンプ室 1 1の内容積が拡大する方向にダイ ャフラム弁 1 7 0を駆動され、 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 1 1の内容積が縮小する方向にダイヤフラム弁 1 7 0が駆動さ れる。 このような動作に連動して、 ミキシングポンプ装置 1の制御装置は、 2つの流入側アクティブバルブ 2 1、 2 2の開閉を制御することにより、 2 つの流入路 5 1、 5 2の各々からに順次、 吸引した液体をポンプ室 1 1で混 合した後、 流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4から順次、 吐出する。
[0062] 図 2 ( a ) 、 ( b ) および図 8を参照して、 本形態のミキシングポンプ装 置 1の動作をより具体的に説明する。 ここでは、 2つの流入路 5 1、 5 2の うち、 流入路 5 1を介して第 1の液体 L A (例えばメチルアルコール） を吸 引する一方、 流入路 5 2を介して第 2の液体 L B (例えば水） を吸引する場 合を説明する。 また、 第 1の液体 L Aと第 2の液体 L Bの流入量の比 （混合 比） において第 1の液体 L Aの混合比が第 2の液体 L Bの混合比に比較して 低い場合を説明する。 なお、 図 8において、 最上段には、 往復ポンプ機構 1 0の吸引、 吐出を示してあり、 往復ポンプ機構 1 0での吸引は駆動装置 1 0 5が例えば、 時計回りに回転してダイヤフラム弁 1 7 0がポンプ室 1 1の内 容積を拡大させる方向に移動することにより行われ、 往復ポンプ機構 1 0で の吐出は駆動装置 1 0 5が例えば、 反時計回りに回転してダイヤフラム弁 1 7 0がポンプ室 1 1の内容積を縮小させる方向に移動することにより行われ る。 また、 往復ポンプ機構 1 0の停止は、 駆動装置 1 0 5に対する給電が停 止したときに行われる。 なお、 流入側アクティブバルブ 2 1、 2 2および流 出側アクティブバルブ 3 1、 3 2、 3 3、 3 4は各々、 正のパルスが入力さ れた以降、 開状態にあり、 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、 流入側アクティブバルブ 2 1、 2 2および流出側アクティブバル ブ 3 1、 3 2、 3 3、 3 4は各々、 負のパルスが入力された以降、 閉状態に あリ、 正のパルスが入力された時点で開状態に切リ換わる。
[0063] 図 8において、 まず、 時間 t 1までは、 駆動装置 1 0 5への給電が停止さ れており、 往復ポンプ機構 1 0は停止状態にある。 また、 時間 t 1までは全 てのァクティブバルブが閉状態にある。
[0064] この状態で時間 t 1において、 2つの流入側ァクティブバルブ 2 1、 2 2 のうち、 液体 L Bに対応する流入路に配置された流入側ァクティブバルブ 2 2のみが開状態に切り換わる。 次に、 時間 t 2で駆動装置 1 0 5に給電され て駆動装置 1 0 5が時計回りに回転するとダイヤフラム弁 1 7 0がポンプ室 1 1の内容積を拡大させる方向に移動するため、 流入路 5 2からポンプ室 1 1に液体 L Bが流入する。 そして、 時間 t 3まで駆動装置 1 0 5に所定のス テツプ分のパルスが入力された後、 時間 t 3で駆動装置 1 0 5への給電が停 止すると、 ダイヤフラム弁 1 7 0が停止する。 同時に、 流入側アクティブバ ルブ 2 2が開状態から閉状態に切り換わる。 その結果、 流入路 2 2からボン プ室 1 1への液体 L Bの流入が停止する。 それにより、 液体 L Bについては 、 全体の 1 Z 2の量がポンプ室 1 1に流入する。
[0065] 次に、 時間 t 4において、 流入側ァクティブバルブ 2 1のみが開状態に切 リ換わり、 時間 t 5で駆動装置 1 0 5に給電されて駆動装置 1 0 5が時計回 りに回転するとダイヤフラム弁 1 7 0がポンプ室 1 1の内容積を拡大させる 方向に移動するため、 流入路 5 1からポンプ室 1 1に液体 L Aが流入する。 そして、 時間 t 6まで駆動装置 1 0 5に所定のステップ分のパルスが入力さ れた後、 時間 t 6で駆動装置 1 0 5への給電が停止すると、 ダイヤフラム弁 1 7 0が停止する。 同時に、 流入側アクティブバルブ 2 1が開状態から閉状 態に切り換わる。 その結果、 流入路 2 1からポンプ室 1 1への液体 L Aの流 入が停止する。 それにより、 液体 L Aについては、 全量がポンプ室 1 1に流 入する。
[0066] 次に、 時間 t 7において、 再び流入側ァクティブバルブ 2 2のみが開状態 に切り換わり、 時間 t 8で駆動装置 1 0 5に給電されて駆動装置 1 0 5が時 計回りに回転するとダイヤフラム弁 1 7 0がポンプ室 1 1の内容積を拡大さ せる方向に移動するため、 流入路 5 2からポンプ室 1 1に液体 L Bが流入す る。 そして、 時間 t 9まで駆動装置 1 0 5に所定のステップ分のパルスが入 力された後、 時間 t 9で駆動装置 1 0 5への給電が停止すると、 ダイヤフラ ム弁 1 7 0が停止する。 同時に、 流入側アクティブバルブ 2 2が開状態から 閉状態に切り換わる。 その結果、 流入路 2 2からポンプ室 1 1への液体 L B の流入が停止する。 それにより、 液体 L Bについては、 全体の残り 1 Z 2の 量がポンプ室 1 1に流入し、 液体 L Bの流入が完了する。
[0067] 次に、 時間 t 1 0において、 4つの流出側アクティブバルブ 3 1、 3 2、 3 3、 3 4のうち、 流出側アクティブバルブ 3 1のみが開状態に切り換わり 、 時間 t 1 1で駆動装置 1 0 5に給電されて駆動装置 1 0 5が反時計回リに 回転するとダイヤフラム弁 1 7 0がポンプ室 1 1の内容積を縮小させる方向 に移動するため、 ポンプ室 1 1の混合液体は共通流出空間 8を介して共通流 出路 6 1から吐出される。 そして、 時間 t 1 2まで駆動装置 1 0 5に所定の ステップ分のパルスが入力された後、 時間 t 1 2で駆動装置 1 0 5への給電 が停止すると、 ダイヤフラム弁 1 7 0が停止する。 同時に、 流出側ァクティ ブバルブ 3 1が開状態から閉状態に切り換わる。 このようにして、 ポンプ室 1 1に流入した液体の 1 Z 4に相当する量の混合液体が流出路 6 1から吐出 される。
[0068] 次に、 時間 t 1 3において、 2つの流出側アクティブバルブ 3 1、 3 2、 3 3、 3 4のうち、 流出側アクティブバルブ 3 2のみが開状態に切り換わり 、 時間 t 1 4で駆動装置 1 0 5に給電されて駆動装置 1 0 5が反時計回りに 回転するとダイヤフラム弁 1 7 0がポンプ室 1 1の内容積を縮小させる方向 に移動するため、 ポンプ室 1 1の混合液体は共通流出空間 8を介して流出路 6 2から吐出される。 そして、 時間 t 1 5まで駆動装置 1 0 5に所定のステ ップ分のパルスが入力された後、 時間 t 1 5で駆動装置 1 0 5への給電が停 止すると、 ダイヤフラム弁 1 7 0が停止する。 同時に、 流出側アクティブバ ルブ 3 2が開状態から閉状態に切り換わる。 このようにして、 ポンプ室 1 1 に流入した液体の 1 Z 4に相当する量の混合液体が流出路 6 2から吐出され る。 このような動作は、 他の流出路 6 3、 6 4においても同様に行われるが 、 その内容は同一であるため、 説明を省略する。
[0069] (本形態の主な効果）
以上説明したように、 本形態のミキシングポンプ装置 1では、 ポンプ室 1 1で混合された液体は、 共通流路 8 1およびチャンバ 8 2を経由した後、 流 出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4から流出するため、 ポンプ室 1 1内の位置によ つて混合液体の液組成がばらついている場合でも、 混合液体は、 ポンプ室 1 1で混合された後、 共通流路 8 1およびチャンバ 8 2を経由する間でも混合 される。 従って、 4つの流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4の各々から流出する 混合液体に濃度ばらつきが発生することを防止することができる。 また、 ミ キシングポンプ装置 1の姿勢が傾いてポンプ室 1 1内で成分の偏りが発生し やすい状況でも、 各流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4から流出する液の濃度ば らっきを防止することができる。
[0070] また、 チャンバ 8 2より流出側に流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4の分岐点
8 0が形成され、 この分岐点 8 0は、 共通流路 8 1と流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4とを直接、 接続した構造になっており、 開口断面積が小さい。 従つ て、 分岐点 8 0では液体の滞留が発生しないので、 4つの流出路 6 1、 6 2 、 6 3、 6 4の各々から流出する混合液体に濃度ばらつきが発生することを 防止することができる。
[0071 ] また、 チャンバ 8 2は、 上部に液体出口が位置するように配置されている ため、 チャンバ 8 2内から気泡を排出しやすい。 それ故、 特定の流出路から 大きな気泡が突然、 流出するという事態を回避することができる。
[0072] また、 流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4は、 分岐点 8 0から水平に延びてい る。 このため、 流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4のうちの特定の流出路に気泡 が集中して流出することがない。
[0073] また、 流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4は、 鋭角な屈曲部を形成しないよう に配置されている。 鋭角な屈曲部では気泡が溜まりやすく、 溜まった気泡は 、 ある程度、 大きくなつてから流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4の内壁から離 脱して流出するが、 鋭角な屈曲部が形成されていなければ、 気泡の滞留が発 生しにくい。 それ故、 流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4から大きな気泡が突然 、 流出するという事態を回避することができる。
[0074] さらに、 流入路 5 1、 5 2は各々、 ポンプ室 1 1内に流入した液体がボン プ室 1 1内において互いに対向し合う方向に向かって開口している。 このた め、 流入路 5 1からの液体の流入と、 流入路 5 2からの液体の流入とが切り 換わる度にポンプ室 1 1内での流れが反転し、 乱流が発生する。 また、 流入 路 5 1、 5 2の流入口 5 1 5、 5 2 5は、 ポンプ室 1 1の内壁に沿う方向に 液体を流入するように開口しているため、 ポンプ室 1 1内では、 旋回流も発 生する。 従って、 流入路 5 1、 5 2の各々から流入した液体は、 ポンプ室 1 1内において攪拌され、 十分、 混合されてから流出するので、 4つの流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4の各々から流出する混合液体に濃度ばらつきが発生 することを防止することができる。
[0075] しかも、 流入路 5 1、 5 2は、 図 4 ( a ) に示すノズル状、 あるいは図 4
( b ) に示す螺旋溝 5 3 0を備えた構造を備えている。 それ故、 流入路 5 1 、 5 2の各々から流入した液体は、 ポンプ室 1 1内において攪拌され、 十分 、 混合されてから流出するので、 4つの流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4の各 々から流出する混合液体に濃度ばらつきが発生することを防止することがで きる。 すなわち、 ポンプ室 1 1の内容積は、 流入路 21、 22の開口断面積 と比較するとかなり大きいので、 流入路 21、 22からポンプ室 1 1に出た 液体の速度が急速に低下し、 ポンプ室 1 1での攪拌が弱くなつてしまうが、 図 4 (a) に示すように、 流入路 21、 22をノズル状に形成すると、 液体 が出る際の流速を高めることができるので、 ポンプ室 1 1での攪拌を効率よ く行うことができる。 また、 図 4 (b) に示す螺旋溝 530を形成すると、 流入路 21、 22からポンプ室 1 1に出た液体が乱流を形成するので、 ボン プ室 1 1での攪拌を効率よく行うことができる。
[0076] また、 ポンプ室 1 1において、 共通流路 81への液体の液体出口 81 5は 、 流入口 51 5、 525に対して最も離間した位置に配置されている。 この ため、 ポンプ室 1 0内に流入した液体が十分、 混合されずにポンプ室 1 0か ら流出することを防止することができる。
[0077] さらに、 流入路 21、 22から流入する第 1の液体 LAおよび第 2の液体
LBのうち、 混合比が低い第 1の液体 L Aがポンプ室 1 1に吸引する前に、 混合比の高い第 2の液体 LBの一部がポンプ室 1 1に流入させるため、 第 1 の液体 LAがポンプ室 1 1の隅、 たとえば、 ダイヤフラム弁 1 70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 LBとを確実に 混合することができる。 特に、 本形態では、 混合比が高い第 2の液体 LBを 全量の 1 Z 2に相当する分だけに吸引した後、 混合比の低い第 1の液体 L A をポンプ室 1 1に吸引し、 しかる後に、 第 2の液体 LBの残り 1Z2をボン プ室 1 1に吸引しているため、 第 1の液体 L Aと第 2の液体 LBとをより確 実に混合することができる。
[0078] [チャンバ 82の変形例]
図 9 (a) 〜 （h) は各々、 本形態のミキシングポンプ装置に付加される チャンバの構成例を模式的に示す断面図である。
[0079] 上記実施の形態 1では、 チャンバ 82は、 共通流路 81および流出路 61 、 62、 63、 64よりも開口断面積が大きいことにより、 その内部で液体 の流れる方向が変わり、 攪拌される構成であつたが、 図 9 (a) 〜 （h) に 示すように、 チャンバ 82で乱流または Z旋回流を積極的に発生させて、 液 体を効率よく攪拌する構成を追加してもよい。
[0080] 図 9 (a) に示すチャンバ 82は、 流出側に位置する有底筒状の円筒体 8 2 1と、 流入側に位置する蓋体 822と、 蓋体 822の内側の面に固着され たカップ状の仕切リ部材 823とから構成されている。 円筒体 82 1の底部 には液体出口 82 bが形成されている一方、 蓋体 822の中央には液体入口 82 aが形成されている。 力ップ状の仕切リ部材 823は、 液体入口 82 a を覆うように配置され、 その胴部には多数の貫通穴 83 aが形成されている 。 このため、 液体入口 82 aからチャンバ 82内に流れ込んだ液体は、 仕切 リ部材 823の貫通穴 823 aを通過した後、 液体入口 82 bから流出する 。 その際、 仕切リ部材 823は邪魔板として機能し、 液体は、 仕切リ部材 8 23の貫通穴 823 aによって流れが変えられ、 チャンバ 82内で十分、 攪 拌、 混合されるので、 流出路 6 1、 62、 63、 64の各々から流出する混 合液体に濃度ばらつきが発生することを防止することができる。
[0081] ここで、 チャンバ 82は、 上部に液体出口 82 bが位置するように配置す ることが好ましい。 また、 チャンバ 82でも、 図 4 (a) 、 (b) を参照し て流入路 5 1、 52について説明したように、 液体入口 82 aについては図 4 (a) に示すノズル状、 あるいは図 4 (b) に示す螺旋溝 530を備えた 構造を採用することが好ましい。 かかる構成は、 図 9 (b) 〜 （h) に示す チャンバ 82でも同様である。
[0082] 図 9 (b) に示すチャンバ 82は、 流入側に位置する有底筒状の円筒体 8 24と、 流出側に位置する蓋体 825と、 円筒体 824の底部の内側の面に 固着されたカップ状の仕切リ部材 823とから構成されている。 円筒体 82 4の底部には液体入口 82 aが形成されている一方、 蓋体 825の中央には 液体出口 82 bが形成されている。 力ップ状の仕切リ部材 823は、 液体入 口 82 aを覆うように配置され、 その胴部には多数の貫通穴 823 aが形成 されている。 [0083] 図 9 ( c ) に示すチャンバ 8 2は、 流出側に位置する有底筒状の円筒体 8 2 1と、 流入側に位置する蓋体 8 2 2と、 円筒状の仕切リ部材 8 2 6とから 構成されている。 蓋体 8 2 2の中央には液体入口 8 2 aが形成されている一 方、 円筒体 8 2 1の底部には液体出口 8 2 bが形成されている。 仕切リ部材 8 2 6は、 大径円筒部 8 2 6 cと小径円筒部 8 2 6 aとを備えており、 小径 円筒部 8 2 6 aが液体出口 8 2 bに嵌った状態で円筒体 8 2 1に保持されて いる。 また、 仕切リ部材 8 2 6において、 大径円筒部 8 2 6 cには貫通穴が 形成されていないが、 小径円筒部 8 2 6 aには複数の貫通穴 8 6 bが形成さ れている。 このため、 液体入口 8 2 aからチャンバ 8 2内に流れ込んだ液体 は、 仕切リ部材 8 2 6の貫通穴 8 2 6 bを通過した後、 液体入口 8 2 bから 流出する。 その際、 仕切リ部材 8 2 6は邪魔板として機能し、 液体は、 チヤ ンバ 8 2内で十分、 攪拌、 混合される。
[0084] 図 9 ( d ) に示すチャンバ 8 2は、 流入側に位置する有底筒状の円筒体 8 2 4と、 流出側に位置する蓋体 8 2 5と、 円筒状の仕切リ部材 8 2 6とから 構成されている。 円筒体 8 2 4の底部には液体入口 8 2 aが形成されている 一方、 蓋体 8 2 5の中央には液体出口 8 2 bが形成されている。 仕切リ部材 8 2 6は、 大径円筒部 8 2 6 cと小径円筒部 8 2 6 aとを備えており、 小径 円筒部 8 2 6 aが液体出口 8 2 bに嵌った状態で蓋体 8 2 5に保持されてい る。 また、 仕切リ部材 8 2 6において、 小径円筒部 8 2 6 aには複数の貫通 穴 8 6 bが形成されている。
[0085] 図 9 ( e ) に示すチャンバ 8 2は、 流出側に位置する有底筒状の円筒体 8 2 1と、 流入側に位置する蓋体 8 2 2と、 液体入口 8 2 aから液体出口 8 2 bに向けて軸線方向に垂直姿勢で円筒体 8 2 1の胴部に保持された複数の円 盤状の仕切リ部材 8 2 7とから構成されている。 仕切リ部材 8 2 7は、 外周 側に貫通穴 8 2 7 cが形成されたものと、 中心側に貫通穴 8 2 7 dが形成さ れたものが交互に配置されている。 このため、 液体入口 8 2 aからチャンバ 8 2内に流れ込んだ液体は、 仕切リ部材 8 2 7の貫通穴 8 2 7 c、 8 2 7 d を通過した後、 液体入口 8 2 bから流出する。 その際、 仕切リ部材 8 2 7は 邪魔板として機能し、 チャンバ 8 2内で十分、 攪拌、 混合される。
[0086] 図 9 ( f ) に示すチャンバ 8 2は、 流出側に位置する有底筒状の円筒体 8 2 1と、 流入側に位置する蓋体 8 2 2と、 液体入口 8 2 aから液体出口 8 2 bに向けて軸線方向に斜め姿勢で円筒体 8 2 1の胴部に保持された複数の円 盤状の仕切リ部材 8 2 7とから構成されている。 複数の仕切リ部材 8 2 7に はその外周側に貫通穴 8 2 7 eが形成されており、 複数の仕切リ部材 8 2 7 は、 隣接する仕切リ部材 8 2 7の貫通穴 8 2 7 eが軸線方向でずれる向きに 配置されている。 このため、 液体入口 8 2 aからチャンバ 8 2内に流れ込ん だ液体は、 仕切リ部材 8 2 7の貫通穴 8 2 7 eを通過した後、 液体入口 8 2 bから流出する。 その際、 仕切リ部材 8 2 7は邪魔板として機能し、 液体は 、 チャンバ 8 2内で十分、 攪拌、 混合される。 また、 仕切リ部材 8 2 7は、 斜め姿勢で配置されているので、 液体をチャンバ 8 2の内周壁に向けて導く 。 それ故、 液体は、 チャンバ 8 2の内部全体で十分、 攪拌、 混合される。
[0087] 図 9 ( g ) に示すチャンバ 8 2は、 その円筒状胴部 8 2 cの内面に螺旋溝
8 2 8が形成されている。 このため、 液体入口 8 2 aからチャンバ 8 2内に 流れ込んだ液体には、 螺旋溝 8 2 8によって旋回流 (渦流)が発生する。 また 、 チャンバ 8 2内では、 螺旋溝 8 2 8の凹凸に起因する乱流も発生する。 従 つて、 液体は、 チャンバ 8 2内で十分、 攪拌、 混合されるので、 流出路 6 1 、 6 2、 6 3、 6 4の各々から流出する混合液体に濃度ばらつきが発生する ことを防止することができる。
[0088] 図 9 ( h ) に示すチャンバ 8 2は、 流出側に位置する有底筒状の円筒体 8 2 1と、 流入側に位置する蓋体 8 2 2とを備えており、 円筒体 8 2 1の胴部 には、 軸線方向に垂直姿勢の支軸 8 2 9 aの両端が保持されている。 また、 支軸 8 2 9 aの長さ方向の中央付近には、 支軸 8 2 9 a周りに回転可能にィ ンペラ 8 2 9 b (攪拌部材） が支持されている。 このため、 液体入口 8 2 a からチャンバ 8 2内に流れ込んだ液体は、 インペラ 8 2 9 bを回転させなが ら、 液体入口 8 2 bから流出する。 その際、 液体は、 インペラ 8 2 9 bによ つて流れが変えられ、 チャンバ 8 2内で十分、 攪拌、 混合されるので、 流出 路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4の各々から流出する混合液体に濃度ばらつきが発 生することを防止することができる。
[0089] [ポンプ室 1 1の変形例 1 ]
図 1 0は、 本発明を適用したミキシングポンプ装置の変形例 1に係るボン プ室の横断面を模式的に示す概念図である。 上記実施の形態では、 図 3を参 照して説明したように、 流入路 5 1からは、 反時計回り C CWの方向に液体 を流入させ、 流入路 5 2の流入口 5 2 5からは、 時計回り CWの方向に液体 を流入させたが、 図 1 0に示すように、 ポンプ室 1 1の中央 1 1 0を中心と する点対称位置で流入路 5 1、 5 2の向きがポンプ室 1 1の中央 1 1 0に向 いている構成や、 図示を省略するが、 ポンプ室 1 1の中央 1 1 0を通る仮想 の中心線に対して線対称になるように流入路 5 1、 5 2の向きが設定されて いる構成を採用してもよい。 このように構成すると、 流入路 5 1からの液体 の流入と、 流入路 5 2からの液体の流入とが切り換わる度にポンプ室 1 1内 での流れが反転し、 乱流が発生する。 従って、 流入路 5 1、 5 2の各々から 流入した液体は、 ポンプ室 1 1内において攪拌され、 十分、 混合されてから 流出することになる。 なお、 図 1 0には、 液体出口の図示を省略してあるが 、 液体出口はポンプ室 1 1の上面に形成される。
[0090] [ポンプ室 1 1の変形例 2 ]
図 1 1は、 本発明を適用したミキシングポンプ装置の変形例 2に係るボン プ室の横断面を模式的に示す概念図である。 図 3および図 1 0を参照して説 明した例では、 流入路 5 1からの液体の流入と、 流入路 5 2からの液体の流 入とが切り換わる度にポンプ室 1 1内での流れを反転させたが、 本例では、 流入路 5 1、 5 2の流入口 5 1 5、 5 2 5のいずれもが、 ポンプ室 1 1の内 壁に沿う方向に液体を流入するように開口している。 ここで、 流入路 5 1は 、 矢印 A 2で示すように、 ポンプ室 1 1の中央 1 1 0を中心とする反時計回 リ C CWの方向に液体を流入させ、 流入路 5 2の流入口 5 2 5も、 矢印 B 2 で示すように、 ポンプ室 1 1の中央 1 1 0を中心とする反時計回り C CWの 方向に液体を流入させる。 このため、 流入路 5 1からの液体の流入と、 流入 路 5 2からの液体の流入とが切り換わっても、 ポンプ室 1 1内には、 高速度 の旋回流が発生し続ける。 従って、 流入路 5 1、 5 2の各々から流入した液 体は、 ポンプ室 1 1内において攪拌され、 十分、 混合されてから流出するこ とになる。 なお、 図 1 0には、 液体出口の図示を省略してあるが、 液体出口 はポンプ室 1 1の上面に形成される。
[0091] [混合装置の構成例 1 ]
図 1 2は、 本発明を適用したミキシングポンプ装置に付加した混合装置の 構成例 1の説明図である。
[0092] 図 1 2に示すように、 本例では、 ポンプ室 1 1内で液体を混合する混合装 置 2 1 0が構成されている。 本例において、 混合装置 2 1 0は、 ポンプ室 1 1、 およびポンプ室 1 1で移動するダイヤフラムやピストンなどの可動体 2 7 0のうち、 ポンプ室 1 1の側に形成されている。 すなわち、 ポンプ装置 1 1の上面部には、 軸線方向に支軸 2 1 1が固定されており、 支持 2 1 1には インペラ 2 1 2 (回転体） が回転可能に支持されている。
[0093] このように構成したポンプ室 1 1では、 可動体 2 7 0が軸線方向に直線的 に下降して流入路 5 1、 5 2からポンプ室 1 1への液体の流入が起こると、 その流体圧により、 インペラ 2 1 2が支軸 2 1 1周りに回転する。 このため 、 ポンプ室 1 1内には乱流または Zおよび旋回流が発生し、 液体が攪拌、 混 合される。 従って、 流入路 5 1、 5 2の各々から流入した液体は、 ポンプ室 1 1内において攪拌され、 十分、 混合されてから流出することになる。
[0094] なお、 インペラ 2 1 2を効率よく回転させるという観点から、 流入路 5 1 、 5 2については、 インペラ 2 1 2の先端部分に液体を衝突するように配置 されていることが好ましい。 また、 インペラ 2 1 2は方向性を有しているこ とから、 インペラ 2 1 2を効率よく回転させるという観点からすると、 図 1 1に示すように、 流入路 5 1、 5 2が同一方向に液体を流入させることが好 ましい。
[0095] [混合装置の構成例 2 ]
図 1 3は、 本発明を適用したミキシングポンプ装置に付加した混合装置の 構成例 2の説明図である。 図 1 3に示すように、 本例では、 ポンプ室 1 1内 で液体を混合する混合装置 2 2 0が構成されている。 本例において、 混合装 置 2 2 0は、 ポンプ室 1 1、 およびポンプ室 1 1で移動するダイヤフラムや ビストンなどの可動体 2 7 0のうち、 可動体 2 7 0の側に形成されている。 すなわち、 本例では、 可動体 2 7 0の上端面には、 周方向に傾く複数の傾斜 面 2 7 1からなる羽根状突起が形成されている。 このため、 可動体 2 7 0が 軸線方向に直線的に下降して流入路 5 1、 5 2からポンプ室 1 1への液体の 流入が起こると、 流体は、 傾斜面 2 7 1に沿って流れが変化する。 このため 、 ポンプ室 1 1内には乱流または Zおよび旋回流れが発生し、 液体が攪拌、 混合される。 従って、 流入路 5 1、 5 2の各々から流入した液体は、 ポンプ 室 1 1内において攪拌され、 十分、 混合されてから流出することになる。
[0096] [混合装置の構成例 3 ]
図 1 4は、 本発明を適用したミキシングポンプ装置に付加した混合装置の 構成例 3の説明図である。 図 1 4に示すように、 本例では、 ポンプ室 1 1内 で液体を混合する混合装置 2 3 0が構成されている。 本例において、 混合装 置 2 2 0は、 ポンプ室 1 1、 およびポンプ室 1 1で移動するダイヤフラムや ビストンなどの可動体 2 7 0のうち、 可動体 2 7 0の側に形成されている。 すなわち、 可動体 2 7 0の上端面には、 支軸 2 3 1が固定されており、 支持 2 3 1にはィンペラ 2 3 2 (回転体） が回転可能に支持されている。
[0097] このように構成したポンプ室 1 1では、 可動体 2 7 0が軸線方向に直線的 に下降して流入路 5 1、 5 2からポンプ室 1 1への液体の流入が起こると、 その流体圧により、 インペラ 2 3 2が支軸 2 3 1周りに回転する。 このため 、 ポンプ室 1 1内には乱流または Zおよび旋回流が発生し、 液体が攪拌、 混 合される。 従って、 流入路 5 1、 5 2の各々から流入した液体は、 ポンプ室 1 1内において攪拌され、 十分、 混合されてから流出することになる。
[0098] また、 図 5に一点鎖線で示すように、 ダイヤフラム弁 1 7 0やキャップ 1 7 9などの可動体に対して羽根状の突起 1 7 4を付加してもよい。 このよう に構成すると、 ポンプ動作に伴い、 羽根状の突起 1 7 4がポンプ室 1 1の内 を移動することになリ、 ポンプ室の液体を攪拌し、 ポンプ室 1 1内で液体を 効率よく混合することができる。
[0099] [混合装置の構成例 4 ]
図 1 5は、 本発明を適用したミキシングポンプ装置に付加した混合装置の 構成例 4の説明図である。 図 1 5に示すように、 本例では、 ポンプ室 1 1内 で液体を混合する混合装置 2 4 0が構成されている。 本例において、 混合装 置 2 2 0は、 ポンプ室 1 1、 およびポンプ室 1 1で移動するピストンなどの 可動体 3 7 0のうち、 可動体 3 7 0の側に形成されている。 すなわち、 可動 体 3 7 0の上端面には、 その中心位置を通るように板状の突起 2 4 1が形成 されている。 また、 可動体 3 7 0は軸線周りに回転しながら、 軸線方向に移 動する。
[0100] このように構成したポンプ室 1 1では、 可動体 3 7 0が軸線周りに回転し ながら軸線方向に下降して流入路 5 1、 5 2からポンプ室 1 1への液体の流 入が起こると、 液体は突起 2 4 1で攪拌され、 旋回流が発生する。 従って、 流入路 5 1、 5 2の各々から流入した液体は、 ポンプ室 1 1内において攪拌 され、 十分、 混合されてから流出することになる。
[0101 ] [ポンプ機構 1 0の改良例 1 ]
図 1 6 ( a ) 〜 （d ) は、 本発明を適用したミキシングポンプ装置のボン プ機構の改良例 1を模式的に示す概念図である。 図 1 6 ( a ) に示すように 、 本例では、 ポンプ室 1 1には、 流入路 5 1、 5 2および共通流路 8 1が連 通しているが、 流入路 5 1、 5 2および共通流路 8 1は、 ポンプ室 1 1の上 面で連通している。 ここで、 図 1 6 ( a ) には、 ダイヤフラムやピストンな ど可動体 4 7 0が上死点にある状態を示してあり、 この状態でも、 流入路 5 1、 5 2と共通流路 8 1とは、 ポンプ室 1 1を介して連通している。 このた め、 可動体 4 7 0が上死点に到達するまでの間に流入路 5 1、 5 2および共 通流路 8 1が塞がれない。 従って、 ポンプ室 1 1内に流体をほとんど残さず に共通流路 8 1から流出させることができる。 また、 可動体 4 7 0が上死点 からわずかに下降しただけで、 流入路 5 1、 5 2から液体を流入させること ができるので、 高い精度で液体を所定の比率で混合することができる。
[0102] 図 1 6 ( b ) に示すように、 可動体 5 7 0がポンプ室 1 1の上面に当接し た位置が上死点であって、 かつ、 ポンプ室 1 1の内周壁で流入路 5 1、 5 2 および共通流路 8 1が連通している場合でも、 流入路 5 1、 5 2と共通流路 8 1とがポンプ室 1 1を介して常に連通している構成を採用することが好ま しい。 このように構成するには、 例えば、 ポンプ室 1 1の内周壁のうち、 ポ ンプ室 1 1の上面近くで流入路 5 1、 5 2および共通流路 8 1を連通させる 。 また、 ポンプ室 1 1の上面には、 流入路 5 1、 5 2と共通流路 8 1を連絡 する溝を形成するように、 部分的に突起 1 1 5を形成する。 さらに、 可動体 5 7 0の上端面と側面との間の角部分には、 図 1 6 ( b ) 、 ( c ) に示すよ うに、 可動体 5 7 0が上死点に到達した際に、 可動体 5 7 0において流入路 5 1、 5 2および共通流路 8 1と重なる各位置に切り欠き 5 7 6、 5 7 7、 5 7 8を形成する。
[0103] このように構成すると、 可動体 5 7 0が上死点に到達しても、 流入路 5 1 、 5 2および共通流路 8 1は、 切り欠き 5 7 6、 5 7 7、 5 7 8、 および突 起 1 1 5の間を介して連通する。 従って、 可動体 5 7 0が上死点に到達する までの間に流入路 5 1、 5 2および共通流路 8 1が塞がれない。 それ故、 ポ ンプ室 1 1内に流体をほとんど残さずに共通流路 8 1から流出させることが できる。 また、 可動体 5 7 0が上死点からわずかに下降しただけで、 流入路 5 1、 5 2から液体を流入させることができるので、 高い精度で液体を所定 の比率で混合することができる。
[0104] また、 可動体がポンプ室 1 1の上面に面接触した位置が上死点であっても 、 図 1 6 ( d ) に示すように構成すれば、 流入路 5 1、 5 2と共通流路 8 1 とがポンプ室 1 1を介して常に連通している構成を採用することができる。 すなわち、 ポンプ室 1 1の内周壁のうち、 ポンプ室 1 1の上面近くで流入路 5 1、 5 2および共通流路 8 1を連通させるとともに、 可動体 6 7 0の上端 面に小径の段部 6 7 9を形成する。 このように構成すると、 可動体 6 7 0が 上死点に到達しても、 流入路 5 1、 5 2および共通流路 8 1は、 小径の段部 6 7 9の周りを介して連通する。 従って、 可動体 6 7 0が上死点に到達する までの間に流入路 5 1、 5 2および共通流路 8 1が塞がれない。 それ故、 ポ ンプ室 1 1内に流体をほとんど残さずに共通流路 8 1から流出させることが できる。 また、 可動体 6 7 0が上死点からわずかに下降しただけで、 流入路 5 1、 5 2から液体を流入させることができるので、 高い精度で液体を所定 の比率で混合することができる。
[0105] [ポンプ機構 1 0の改良例 2 ]
図 1 7は、 本発明を適用したミキシングポンプ装置のポンプ機構の改良例 2を模式的に示す概念図である。 上記形態のように、 流入路 5 1、 5 2から メチルアルコールおよび水をポンプ室 1 1に流入させる場合には、 メチルァ ルコールと水は比重が相違するため、 混合されにくい。
[0106] そこで、 本例では、 図 1 7に示すように、 比重の小さなメチルアルコール を流入させる流入路 5 1については、 ポンプ室 1 1の下方位置で連通させ、 比重の大きな水を流入させる流入路 5 2については、 ポンプ室 1 1の上方位 置で連通させる。
[0107] このように構成すると、 ポンプ室 1 1に流入したメチルアルコールは上昇 しょうとする一方、 ポンプ室 1 1に流入した水は下降しょうとする。 従って 、 ポンプ室 1 1には対流が発生するので、 流入路 5 1から流入したメチルァ ルコールと、 流入路 5 2から流入した水とをポンプ室 1 1において十分、 混 合することができる。
[0108] このような構成は、 2つの液体に温度差がある場合にも適用することがで きる。 例えば、 ポンプ室 1 1の下方位置に連通する流入路 5 1からは温度の 高い液体を流入させ、 ポンプ室 1 1の上方位置に連通する流入路 5 2からは 温度の低い液体を流入させる。 このように構成すると、 温度の高い液体が上 昇しょうとする一方、 温度の低い液体が下降しょうとする結果、 ポンプ室 1 1の内部で対流が発生するので、 ポンプ室 1 1において液体を十分、 混合す ることができる。
[0109] [チャンバ 8 2の配置位置] 上記実施の形態では、 図 1 (a) において、 矢印 P 1で示すように、 共通 流路 81の途中位置にチャンバ 82を配置したが、 以下に説明する実施の形 態 2のように、 矢印 P 2で示す流出路 61、 62、 63、 64の分岐点 80 にチャンバ 82を配置してもよい。 また、 流出路 61、 62、 63、 64の 各々において、 矢印 P 3で示すように、 アクティブバルブ 31、 32、 33 、 34より上流側にチャンバ 82を配置してもよく、 矢印 P 4で示すように 、 アクティブバルブ 31、 32、 33、 34より下流側にチャンバ 82を配 置してもよい。
[0110] また、 図 24を参照して説明した構成において、 流出路 61、 62、 63 、 64の途中位置にチャンバ 82を介挿した構成を採用してもよく、 この場 合には、 同一の流出路において流出初期と終期とで組成がばらつくという問 題を解消することができる。
[0111] [実施の形態 2]
図 1 8 (a) 、 (b) は各々、 本発明の実施の形態 2に係るミキシングポ ンプ装置の構成を模式的に示す概念図、 およびこのミキシングポンプ装置の 流出側の構成を模式的に示す概念図である。 なお、 本形態および後述する形 態は、 基本的な構成が実施の形態 1と同様であるため、 共通する部分には同 一の符号を付して図示することにして、 それらの説明を省略する。
[0112] 図 1 8 (a) 、 (b) に示すように、 本形態のミキシングポンプ装置 1も 、 実施の形態 1と同様、 2つの流入路 51、 52と、 2つの流入路 51、 5 2の各々に配置された流入側アクティブバルブ 21、 22と、 2つの流入路 51、 52の各々を介して液体が流入するポンプ室 1 1と、 このポンプ室 1 1の内容積を膨張収縮させる往復ポンプ機構 1 1と、 このポンプ室 1 1で混 合された液体を流出させる 4つの流出路 61、 62、 63、 64と、 4つの 流出路 61、 62、 63、 64の各々に配置された流出側ァクティブバルブ 31、 32、 33、 34とを備えている。
[0113] 本形態では、 ポンプ室 1 1には共通流路 81およびチャンバ 82が連通し ており、 複数の流出路 61、 62、 63、 64は、 共通流路 81およびチヤ ンバ 8 2を介してポンプ室 1 1に連通している。 本形態では、 4つの流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4はチャンバ 8 2に直接連通しており、 チャンバ 8 2 が流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4の分岐点になっている。
[0114] このように構成した場合も、 ポンプ室 1 1で混合された液体は、 共通流路
8 1およびチャンバ 8 2を経由した後、 流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4から 流出する。 このため、 ポンプ室 1 1内の位置によって混合液体の液組成がば らついている場合でも、 混合液体は、 ポンプ室 1 1で混合された後、 共通流 路 8 1およびチャンバ 8 2を経由する間でも混合される。 従って、 4つの流 出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4の各々から流出する混合液体に濃度ばらつきが 発生することを防止することができる。
[0115] [実施の形態 2の変形例]
図 1 9は、 本発明の実施の形態 2の変形例に係るミキシングポンプ装置の 構成を示す概念図である。 図 1 9に示すように、 本形態のミキシングポンプ 装置 1も、 実施の形態 2と同様、 複数の流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4は、 共通流路 8 1およびチャンバ 8 2を介してポンプ室 1 1に連通している。 ま た、 4つの流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4はチャンバ 8 2に直接連通してお リ、 チャンバ 8 2が流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4の分岐点になっている。
[0116] 本形態では、 2つの流入路 5 1、 5 2からの流入口 5 1 5、 5 2 5におけ る開口面積 （流入路 2 1、 2 2の出側開口面積） が狭くなつている。 例えば 、 2つの流入路 5 1、 5 2の流入口 5 1 5、 5 2 5の開口面積は、 チャンバ 8 2における 4つの流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4の入側開口 6 1 5、 6 2 5、 6 3 5、 6 4 5の開口面積、 およびポンプ室 1 1の液体出口 8 1 5の開 口よりも狭くなつている。 このため、 本形態では、 流入路 2 1、 2 2から液 体が出る際の流速が高いので、 ポンプ室 1 1での攪拌を効率よく行うことが できる。 従って、 ポンプ室 1 1での液体の混合を効率よく行うことができの で、 4つの流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4の各々から流出する液体に濃度ば らつきが発生することを防止することができる。
[0117] [実施の形態 3 ] 図 2 0は、 本発明の実施の形態 3に係るミキシングポンプ装置の構成を示 す概念図である。 図 2 0に示すように、 本形態のミキシングポンプ装置 1も 、 実施の形態 2と同様、 複数の流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4は、 共通流路 8 1およびチャンバ 8 2を介してポンプ室 1 1に連通している。 また、 4つ の流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4はチャンバ 8 2に直接連通しており、 チヤ ンバ 8 2が流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4の分岐点になっている。
[01 18] 本形態では、 共通流路 8 1は、 複数箇所で屈曲している。 このため、 ボン プ室 1 1から流出した液体は、 共通流路 8 1の屈曲部で乱流となって攪拌さ れ、 均一に混合された後、 チャンバ 8 2に到達するので、 4つの流出路 6 1 、 6 2、 6 3、 6 4の各々から流出する液体に濃度ばらつきが発生すること を防止することができる。 このような構成は、 実施の形態 1に係るミキシン グポンプ装置 1にも適用することができる。
[0119] [実施の形態 4 ]
図 2 1は、 本発明の実施の形態 4に係るミキシングポンプ装置の構成を模 式的に示す概念図である。 図 2 1に示すように、 本形態のミキシングポンプ 装置 1も、 実施の形態 2と同様、 複数の流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4は、 共通流路 8 1およびチャンバ 8 2を介してポンプ室 1 1に連通している。 ま た、 4つの流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4はチャンバ 8 2に直接連通してお リ、 チャンバ 8 2が流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4の分岐点になっている。
[0120] 本形態では、 共通流出路 8 1は、 長さ方向の複数箇所で流路の分離と結合 とが行われている。 このため、 ポンプ室 1 1から流出した液体は、 共通流出 路 8 1を通過する際、 流路の分離と結合とによって攪拌され、 均一に混合さ れた後、 チャンバ 8 2に到達するので、 4つの流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4の各々から流出する液体に濃度ばらつきが発生することを防止することが できる。 このような構成は、 実施の形態 1に係るミキシングポンプ装置 1に も適用することができる。
[0121 ] [実施の形態 5 ]
図 2 2 ( a ) 、 ( b ) 、 ( c ) は、 本発明の実施の形態 5に係るミキシン グポンプ装置の構成を模式的に示す概念図である。 上記実施の形態では、 2 つの流入路 5 1、 5 2が各々、 ポンプ室 1 1に連通している構成であつたが 、 図 2 2 ( a ) に示すように、 2つの流入路 5 1、 5 2が共通流入路 7 1 ( 共通流入空間） を介してポンプ室 1 1に連通している構成を採用してもよい 。 また、 図 2 2 ( a ) に矢印 P 5で示す流入路 5 1、 5 2の合流点 7 0に流 入側チャンバを配置した構成を採用してもよい。 さらに、 図 2 2 ( a ) に矢 印 P 6で示すように、 共通流入路 7 1の途中位置に流入側チャンバを配置し た構成を採用してもよい。 このような構成は、 実施の形態 1と組み合わるこ ともできる。
[0122] 流入路 5 1、 5 2の合流点 7 0に流入側チャンバを配置した構成は、 図 2 2 ( b ) に示すように表わされる。 図 2 2 ( b ) に示すミキシングポンプ装 置 1でも、 2つの流入路 5 1、 5 2と、 2つの流入路 5 1、 5 2の各々に配 置された流入側アクティブバルブ 2 1、 2 2と、 2つの流入路 5 1、 5 2の 各々を介して液体が流入するポンプ室 1 1と、 このポンプ室 1 1の内容積を 膨張収縮させる往復ポンプ機構 1 1と、 ポンプ室 1 1で混合された液体を流 出させる 4つの流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4と、 4つの流出路 6 1、 6 2 、 6 3、 6 4の各々に配置された流出側アクティブバルブ 3 1、 3 2、 3 3 、 3 4とを備えている。 ポンプ室 1 1には共通流入路 7 1が連通しており、 2つの流入路 5 1、 5 2は、 共通流入路 7 1を介してポンプ室 1 1に連通し ている。 円柱状のポンプ室 1 1において、 共通流入路からの流入口 7 1 5と 、 共通流出路 8 1への液体の液体出口 8 1 5とは、 ポンプ室 1 1の内周壁の うち、 周方向において最も離間した位置で開口している。
[0123] また、 2つの流入路 5 1、 5 2の合流点 7 0には、 流入路 5 1、 5 2より 開口断面積の大きい流入側チャンバ 7 2が配置されており、 2つの流入路 5 1、 5 2は、 流入側チャンバ 7 2および共通流入路 7 1からなる共通流入空 間 7を介してポンプ室 1 1に連通している。 流入側チャンバ 7 2は、 円柱状 空間を構成しており、 共通流入路 7 1への液体の流出口 7 1 1と、 流入路 5 1、 5 2からの流入口 5 1 7、 5 2 7 (流入路 5 1、 5 2の出側開口） とは 、 流入側チャンバ 7 2の内周壁のうち、 周方向において最も離間した位置で 開口している。
[0124] このように構成すると、 ポンプ室 1 1に流入する前に液体同士を混合する ことができるので、 液体の混合を効率よく行うことができる。
[0125] なお、 図 2 2 ( b ) に示すミキシンングポンプ装置 1でも、 図 2 2 ( c ) に示すように、 共通流入路 7 1を複数箇所で屈曲させてもよく、 実施の形態 4のように、 共通流入路 7 1についても、 長さ方向の複数箇所で流路の分離 と結合とを行なわせてもよい。
[0126] [実施の形態 5の改良例]
図示を省略するが、 実施の形態 5において、 流入側チャンバ 7 2に対する 流入路 5 1、 5 2の連結構造に対しては、 図 3、 図 4、 図 1 0あるいは図 1 1に示すポンプ室 1 1に対する流入路 5 1、 5 2への連結構造を採用しても よい。
[0127] [他の実施の形態]
図 2 3 ( a ) 、 ( b ) は各々、 本発明を適用したミキシングポンプ装置に おいてチャンバを複数、 構成した例を模式的に示す概念図である。
[0128] 図 2 3 ( a ) に示すように、 チャンバ 8 2については、 直列に複数接続し た構成や、 図 2 3 ( b ) に示すように、 並列に複数接続した構成を採用して もよい。
[0129] また、 図示を省略するが、 流出側のチャンバ 8 2や流入側チャンバ 7 2に 脱気装置を構成してもよい。 このように構成すると、 流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4から流出する液体気泡が発生することを防止することができる。 ま た、 2つの流入路 5 1、 5 2の少なくとも 1つに脱気装置を構成してもよい 。 流入路 5 1から水を供給し、 流入路 5 2からメタノールを供給する場合、 メタノールの方が気体溶解度が大きい。 このため、 ポンプ室 1 1あるいは共 通流入空間 8で水とメタノールとを混合すると気泡が発生しゃすく、 かかる 気泡の発生は、 ポンプ室 1 1からの混合液体の定量吐出を妨げる。 従って、 メタノールを供給する流入路 5 2の途中位置に超音波脱気装置や、 脱気膜を 利用した脱気装置を配置しておけばメタノール中の溶存気体を低減できるの で、 ポンプ室 1 1あるいは共通流入空間 8で水とメタノールとを混合しても 気泡が発生しない。
[0130] さらに、 チャンバ 8 2や流入側チャンバ 7 2、 さらにはポンプ室 1 1の内 壁にはプラズマ照射ゃシリ力などのコーティング処理などといつた親水処理 が施されていることが好ましい。 このように構成すると、 チャンバ 8 2や流 入側チャンバ 7 2、 さらにはポンプ室 1 1のチャンバ内の内壁に気泡が付着 しにくいので、 大きな気泡が突然、 流出路 6 1、 6 2、 6 3、 6 4から流出 するという事態を回避することができる。
[0131 ] また、 上記形態では、 流入路が 2つ、 流出路が 4つ構成されている例であ つたが、 それ以外の数の流入路および流出路を備えたミキシングポンプ装置 に本発明を適用してもよい。
[0132] 上記形態では、 ダイヤフラム弁 1 7 0としてダイヤフラム弁 1 7 0を用い た例を中心に説明したが、 弁体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。
[0133] [ミキシングポンプ装置の用途]
本発明を適用したミキシングポンプ装置 1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 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、 香りが異なるシャべット液を流出路から吐出するのに 用いてもよい。
産業上の利用可能性
[0134] 本発明では、 複数の流入路の各々から各液体がポンプ室に流入した後、 各 液体は、 ポンプ室で混合され、 複数の流出路の各々から流出する。 ここで、 流出路には液体混合用のチャンバを設けたので、 ポンプ室で混合された液体 は、 チャンバを経由した後、 流出路から流出する。 このため、 ポンプ室内の 位置によって液組成がばらついている場合でも、 液体は、 ポンプ室で混合さ れた後、 チャンバ内を通過する間でも混合されるので、 複数の流出路の間に おいて、 あるいは、 同一の流出路における流出初期と終期との間において混 合液の組成がばらつくことを防止することができる。 また、 ミキシングボン プ装置の姿勢が傾いてポンプ室内で成分の偏りが発生しやすい状況でも、 各 流出路から流出する液の濃度ばらっきを防止することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 複数の流入路と、 該複数の流入路の各々に配置された流入側バルブと、 該 複数の流入路の各々を介して液体が流入するポンプ室と、 該ポンプ室の内容 積を膨張収縮させるポンプ機構と、 前記ポンプ室で混合された液体を流出さ せる複数の流出路と、 該複数の流出路の各々に配置された流出側バルブとを 有するミキシングポンプ装置において、
前記複数の流出路の少なくとも 1つの流出路には、 該流出路よりも開口断 面積が大きいチャンバが構成されていることを特徴とするミキシングポンプ 装置。
[2] 前記複数の流出路は、 共通の流路を介して前記ポンプ室に接続されている ことを特徴とする請求項 1に記載のミキシングポンプ装置。
[3] 前記チャンバは、 前記複数の流出路の分岐点と前記ポンプ室との間に介揷 されていることを特徴とする請求項 2に記載のミキシングポンプ装置。
[4] 前記分岐点の開口断面積は、 当該分岐点への入側流路の開口断面積および 前記流出路の開口断面積のうち、 大きい方の面積以下であることを特徴とす る請求項 3に記載のミキシングポンプ装置。
[5] 前記複数の流出路は、 前記分岐点から水平に延びていることを特徴とする 請求項 3に記載のミキシングポンプ装置。
[6] 前記チャンバ内では、 当該チャンバ内で発生した乱流または Zおよび旋回 流によリ液体が混合されることを特徴とする請求項 1乃至 5の何れか一項に 記載のミキシングポンプ装置。
[7] 前記チャンバは、 直列または Zおよび並列の接続関係をもって複数、 構成 されていることを特徴とする請求項 1乃至 5の何れか一項に記載のミキシン グポンプ装置。
[8] 前記チャンバは、 当該チャンバの上部に前記流出路への液体出口を備えて いることを特徴とする請求項 1乃至 5の何れか一項に記載のミキシングポン プ装置。
[9] 前記複数の流出路には、 鋭角な屈曲部が形成されていないことを特徴とす る請求項 1乃至 5の何れか一項に記載のミキシングポンプ装置。
[10] 前記チャンバの内壁には親水処理が施されていることを特徴とする請求項
1乃至 5の何れか一項に記載のミキシングポンプ装置。
[11 ] 前記チャン/ には脱気装置が構成されていることを特徴とする請求項 1乃 至 5の何れか一項に記載のミキシングポンプ装置。
[12] 前記複数の流入路は、 共通流入空間を介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乃至 5の何れか一項に記載のミキシングポンプ装 置。
[13] 前記チャンバは、 直列または Zおよび並列の接続関係をもって複数、 構成 されていることを特徴とする請求項 6に記載のミキシングポンプ装置。
[14] 前記チャンバは、 当該チャンバの上部に液体出口を備えていることを特徴 とする請求項 6に記載のミキシングポンプ装置。
[15] 前記複数の流出路には、 鋭角な屈曲部が形成されていないことを特徴とす る請求項 6に記載のミキシングポンプ装置。
[16] 前記チャンバの内壁には親水処理が施されていることを特徴とする請求項
6に記載のミキシングポンプ装置。
[17] 前記チャンバには脱気装置が構成されていることを特徴とする請求項 6に 記載のミキシングポンプ装置。
[18] 前記複数の流入路は、 共通流入空間を介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 6に記載のミキシングポンプ装置。
[19] 少なくとも、 複数の起電部と、 該複数の起電部の各々に対する燃料供給装 置としてのミキシングポンプ装置とを有する燃料電池において、
前記ミキシングポンプ装置は、 複数の流入路と、 該複数の流入路の各々に 配置された流入側バルブと、 該複数の流入路の各々を介して液体が流入する ポンプ室と、 該ポンプ室の内容積を膨張収縮させるポンプ機構と、 前記ボン プ室で混合された液体を流出させる複数の流出路と、 該複数の流出路の各々 に配置された流出側バルブとを備え、
前記複数の流出路の少なくとも 1つの流出路には、 該流出路よりも開口断 面積が大きいチャンバが構成されていることを特徴とする燃料電池。
[20] 前記複数の流出路は、 共通の流路を介して前記ポンプ室に接続されている ことを特徴とする請求項 1 9に記載の燃料電池。
[21] 前記チャンバは、 前記複数の流出路の分岐点と前記ポンプ室との間に介揷 されていることを特徴とする請求項 2 0に記載の燃料電池。
[22] 前記分岐点の開口断面積は、 当該分岐点への入側流路の開口断面積、 およ び前記流出路の開口断面積のうち、 大きい方の面積以下であることを特徴と する請求項 2 1に記載の燃料電池。
[23] 前記複数の流出路は、 前記分岐点から水平に延びていることを特徴とする 請求項 2 1に記載の燃料電池。
[24] 前記チャンバ内では、 当該チャンバ内で発生した乱流または Zおよび旋回 流によリ液体が混合されることを特徴とする請求項 1 9乃至 2 3の何れか一 項に記載の燃料電池。
[25] 前記チャンバは、 直列または Zおよび並列の接続関係をもって複数、 構成 されていることを特徴とする請求項 1 9乃至 2 3の何れか一項に記載の燃料 電池。
[26] 前記チャンバは、 当該チャンバの上部に前記流出路への液体出口を備えて いることを特徴とする請求項 1 9乃至 2 3の何れか一項に記載の燃料電池。
[27] 前記複数の流出路には、 鋭角な屈曲部が形成されていないことを特徴とす る請求項 1 9乃至 2 3の何れか一項に記載の燃料電池。
[28] 前記チャンバの内壁には親水処理が施されていることを特徴とする請求項
1 9乃至 2 3の何れか一項に記載の燃料電池。
[29] 前記チャンバには脱気装置が構成されていることを特徴とする請求項 1 9 乃至 2 3の何れか一項に記載の燃料電池。
[30] 前記複数の流入路は、 共通流入空間を介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 9乃至 2 2の何れか一項に記載の燃料電池。
[31] 前記チャンバは、 直列または Zおよび並列の接続関係をもって複数、 構成 されていることを特徴とする請求項 2 4に記載の燃料電池。
[32] 前記チャンバは、 当該チャンバの上部に液体出口を備えていることを特徴 とする請求項 2 4に記載の燃料電池。
[33] 前記複数の流出路には、 鋭角な屈曲部が形成されていないことを特徴とす る請求項 2 4に記載の燃料電池。
[34] 前記チャンバの内壁には親水処理が施されていることを特徴とする請求項
2 4に記載の燃料電池。
[35] 前記チャンバには脱気装置が構成されていることを特徴とする請求項 2 4 に記載の燃料電池。
[36] 前記複数の流入路は、 共通流入空間を介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 2 4に記載の燃料電池。
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