JP2006112399A

JP2006112399A - 小型機器搭載用ポンプモジュール及び携帯可能な電子機器

Info

Publication number: JP2006112399A
Application number: JP2004303230A
Authority: JP
Inventors: Tsuneaki Tamachi; 恒昭玉地; Takamasa Yanase; 考応柳瀬; Takashi Sarada; 孝史皿田; Kazutaka Yuzurihara; 一貴譲原; Fumiharu Iwasaki; 文晴岩崎; Takashi Yamanaka; 崇史山中; Toru Ozaki; 徹尾崎
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2006-04-27

Abstract

【課題】搭載対象の機器の小型化及びコストダウンに貢献できる小型機器搭載用ポンプモジュールを提供することにある。
【解決手段】ポンプモジュール１は、電動モータ52と、ポンプ10と、伝動部60と、ファン（送気手段）70とを具備する。電動モータ52は回転軸52ａを有する。ポンプ10はモータ52の回転動力により駆動され液体を送出する。伝動部60は、ポンプ10と回転軸52ａとを連結する。気体を送出するファン70は回転軸52ａ又は伝動部60に連結した入力軸71ａを有して駆動される。このポンプモジュール１は、液体を送出するポンプ10と空気を送出するファン70とに対して電動モータ52を共有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯が可能なパーソナルコンピュータやＰＤＡ等と称される携帯情報端末等の小型機器に搭載されるポンプモジュール、及びこのポンプモジュールを有する燃料電池システムが搭載された携帯可能な電子機器に関する。

電源として燃料電池システムを搭載した携帯可能なパーソナルコンピュータが普及しつつある。燃料電池システムでは、例えばＤＭＦＣ（Direct Methanol Cell）型の燃料電池からなる発電装置に、燃料カートリッジ内の液体燃料（メタノール液）と空気とを供給して、液体燃料を元に得た水素と空気中の酸素とを化学反応させて電力を得ている。

従来、液体燃料を発電装置に供給するために、それ専用の送液ポンプが用意されているとともに、空気を発電装置に供給するためにも、それ専用の送風ポンプが用意されている（例えば特許文献１参照。）。
特開2004-127618号公報（段落0018−0023、図１−図２）

携帯可能な小型機器は、携帯性を向上するために可能な限り小さくすることが求められている。しかし、送液ポンプと送風ポンプとを用意している特許文献１の技術では、駆動部を夫々有して形成されている送液ポンプと送風ポンプとの大きさに応じた配置スペースが必要である。このため、前記燃料電池システムを搭載した小型機器は、その小型化を促進する上では不利である。

更に、既述のように送液ポンプと送風ポンプとは夫々駆動部を有しており、これらは一般的に電動モータ等からなるので、燃料電池が必要とする駆動部及び各駆動部を個別に制御するためのモータドライバ等も必要とするので、部品点数が多いとともに、機器への組み込みのための工数も多く、コスト高である。

本発明の目的は、搭載対象の機器の小型化及びコストダウンに貢献できる小型機器搭載用ポンプモジュール及び携帯可能な電子機器を提供することにある。

前記課題を解決するために本発明の小型機器搭載用ポンプモジュールは、回転軸を有するモータと、このモータの回転動力により駆動され液体を送出するポンプと、このポンプと前記回転軸とを連結した伝動部と、入力軸を有しこの入力軸を前記回転軸又は前記伝動部に連結して駆動され気体を送出する送気手段と、を具備している。

この発明で、モータとしては、超音波モータその他の電動モータを好適に例示できるが流体モータでもよく、又、送気手段としてファンや送風ポンプなどを例示できる。この発明のポンプモジュールが例えば燃料電池システムの機器として用いられる場合には、ポンプから送出される液体は液体メタノールやメタノール水溶液等であり、又、送気手段から送出される気体は空気などであるが、ポンプモジュールが冷却システムに用いられる場合には、ポンプから送出される液体は、不凍液や水などの冷却液であり、又、送気手段から送出される気体は冷却用空気などである。

この発明では、モータの回転動力を、伝動部を介してポンプに与えてこのポンプを駆動できるとともに、送気手段に与えてこの送気手段を駆動できるから、液体を送出するポンプと気体を送出する送気手段とに対してモータを共有できる。これにより、夫々が別々のモータで駆動されるポンプ及び送気手段を備えることなく、液体と気体とを送ることができるので、機器への配設スペースが小さくて済むとともに、部品点数及び機器への組み込み工数も削減できる。

本発明の好ましい形態では、前記送気手段を、並設されて互いに連動する複数のファンで形成し、これらファンの内の一つに前記入力軸を設けている。

この発明では、複数のファンにより必要とする送気量を得るので、一つ一つのファンが薄型となるに伴い、ファンによるモジュール全体の大型化を抑制できる。

又、本発明の好ましい形態では、前記送気手段が、第１の羽根車と、この羽根車に並設されてこの第１の羽根車に連動し第１の羽根車とは逆回りに回転する第２の羽根車と、これら第１、第２の羽根車を収容し、吸気口及び前記両羽根車に共通する一つの排気口を有したファンケーシングとを備え、前記両羽根車の内の一方が有した車軸を前記入力軸として用いている。

この発明では、第１、第２の羽根車が互いに逆回りに回転することにより、これら羽根車による回転モーメントを相殺して両羽根車の駆動を原因とする振動を抑制できるとともに、ファンケーシングの排気口を両羽根車に共通して使用したので、送気配管の取り回しを容易にできる。

又、本発明の好ましい形態では、前記入力軸にクラッチを設けている。

この発明では、既述のようにポンプと送気手段とにモータが共用されているにも拘わらず、クラッチによって送気手段への動力伝達を制御することにより、送液動作に制約されずに送気量を制御して、ポンプと送気手段との制御性を向上できる。

又、前記課題を解決するために本発明の電子機器は、発電装置でこれに供給される液体燃料と空気中の酸素とを反応させて電力を発生する燃料電池システムが搭載された携帯可能な電子機器において、機器本体と、この機器本体に設けられた前記発電装置と、前記液体燃料を蓄えて前記機器本体に着脱自在に装着される燃料カートリッジと、前記機器本体に搭載された前記請求項１から４の内のいずれか一項に記載のポンプモジュールであって、このモジュールが備えたポンプは前記燃料カートリッジ内の液体燃料を前記発電装置に供給し、前記ポンプモジュールが備えた送気手段は前記発電装置に空気を供給するポンプモジュールと、を具備している。

この発明で、燃料電池システムとしては、改質形燃料電池システム、及び補機搭載形燃料電池システム等を例示できる。改質形燃料電池システムでは、燃料電池セル（ＰＥＦＣ）をスタックしてなる発電装置に、燃料ポンプで取出される液体のメタノールを、触媒を用いて改質することにより生成した水素を送り込むとともに、ブロアで空気を送り込み、これら水素と空気中の酸素とを燃料として発電を行うメタノール型燃料電池システムの他に、有機ハイドライ（メタノール等のアルコール類、ＤＭＥ等のエーテル類、シクロヘキサンやナフタレンなどの環状炭化水素等）や無機ハイドライ（ボロンハイドライナトリウムやＮａＨ、ＬｉＡＩＨ４などの金属水素化物）を燃料とする燃料電池システムを用いることができる。補機搭載形燃料電池システムでは、燃料電池セル（ＤＭＦＣ）をスタックしてなる発電装置に、燃料ポンプで取出される液体メタノールと水の混合液（メタノール水溶液）を強制的に送り込むとともに、ブロアで空気を送り込み、これらを燃料として、この燃料を燃料電池セルの燃料極板上で直接反応させて発電を行う。

この発明では、機器本体に搭載された燃料電池システムに用いられるポンプモジュールが、液体燃料を送出するポンプと空気を送出する送気手段とに対してモータを共有できる請求項１から４の内のいずれか一項に記載のポンプモジュールであるから、機器の小型化及びコストダウンに貢献できるポンプモジュールを備えた携帯可能な電子機器を提供できる。

本発明によれば、共通のモータの回転動力で、液体を送出するポンプと気体を送出する送気手段とを駆動するので、搭載対象の機器への配設スペースが小さくて済み機器の小型化に貢献できるとともに、部品点数及び機器への組み込み工数も削減できることにより、搭載対象の機器のコストダウンにも貢献できる小型機器搭載用ポンプモジュールを提供できる。

又、本発明によれば、機器本体に搭載された燃料電池システムに用いられるポンプモジュールが、液体燃料を送出するポンプと空気を送出する送気手段とに対してモータを共有できる請求項１から４の内のいずれか一項に記載のポンプモジュールであるから、機器の小型化及びコストダウンに貢献できるポンプモジュールを備えた携帯可能な電子機器を提供できる。

図１及び図２を参照して本発明の第１実施形態を説明する。この実施形態に係るポンプモジュール１は、携帯が可能な電子機器例えばノート形パーソナルコンピュータの機器本体２（図１参照）に携帯電源として組込まれた燃料電池システムに使用される。図２に示すように燃料電池システムは、ポンプモジュール１と、発電装置３と、燃料カートリッジ４とを具備している。

発電装置３は例えば燃料電池セル（ＤＭＦＣ）をスタックしてなり、これに液体燃料として供給されるメタノール水溶液と、酸化剤として供給される空気中の酸素とを、燃料極上で化学反応させて発電を行うものである。図２に固体高分子電解質であるイオン交換膜５を用いた燃料電池セル（ＤＭＦＣ）の一般的構成が示されており、この交換膜５の両面に正極６並びに負極７を層状に形成して、１単位の燃料電池セル（ＤＭＦＣ）が形成されている。この燃料電池セルの負極７では、水素を燃料とした場合に、触媒とイオン交換膜５との接触界面に（Ｈ₂＝２Ｈ⁺＋２ｅ^-）の反応が起こり、正極６では、
（1/2Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-＝Ｈ₂Ｏ）の反応が起こって、水が生成される。

燃料カートリッジ４には、その内部に液体の燃料としてメタノール水溶液を蓄えたボンベが用いられている。

ポンプモジュール１は、燃料カートリッジ４の内のメタノール水溶液を発電装置３の負極７に供給するとともに、空気を発電装置３の正極６に供給するものであって、図２に示すようにポンプ１０と、モータ部５０と、伝動部６０と、送気手段として例えばファン７０とを具備している。モータ部５０と伝動部６０とは、ポンプ１０を駆動する駆動機構を形成しており、モータ部５０はポンプ１０とファン７０とに対する共通の駆動部として機能する。

ポンプ１０は、吐出し弁１１ａ付きのシリンダ１１、外付けの吸入部１６、ピストン３１、及びポンピング部材４１等を備えている。

シリンダ１１は、防錆及び耐摩耗性に優れた材料で作られたシリンダ本体１２及びシリンダヘッド１３を、図示しない複数本のねじで連結してなる。シリンダ本体１２は、その軸線と直交する方向の断面が円形のヘッド摺動穴１２ａを有し、この摺動穴１２ａの開放端はシリンダヘッド１３で覆われている。

シリンダ本体１２の奥壁１２ｂは、これを貫通するピストン通孔１４、及び複数の通液孔１５を有している。ピストン通孔１４及び各通液孔１５はヘッド摺動穴１２ａに連通している。シリンダ本体１２の外周形状は四角形状であり、その一側壁にはサイドポートをなす吸入部１６がねじ込んで取付けられている。吸入部１６は図示しない配管を介して燃料カートリッジ４の出口に接続されている。

シリンダヘッド１３のヘッド本体２０には吐出しパイプ２１が液密に連結されている。吐出しパイプ２１には前記発電装置３の負極７にメタノール水溶液を導く流路をなす供液配管（図示しない）が接続される。

吐出し弁１１ａは、後述するポンプ室とシリンダ１１の外部との連通及びこの連通を断つことを担う逆止め弁であって、ヘッド本体２０が兼ねる弁本体と、弁体２５と、弁体受け２６とから形成されている。弁本体の弁座面２０ａに接離する弁体２５は、例えばボールからなり、ヘッド本体（弁本体）２０に収容されている。弁体受け２６は、ヘッド本体（弁本体）２０に取付けられていて、弁体２５の抜け出しを防止しつつ液体の通過を許すように格子状等に形成されている。

ピストン３１は、ピストンヘッド３２と、このヘッド３２が一端に一体に形成されたピストン軸３３とを備えている。ピストンヘッド３２は、円形状をなしていて、ヘッド摺動穴１２ａに収容されている。ピストンヘッド３２は、ヘッド摺動穴１２ａをポンプ室Ｐと、吸入室Ｓとに仕切っている。ポンプ室Ｐはピストンヘッド３２と奥壁１２ｂとの間に形成され、吸入室Ｓはピストンヘッド３２とシリンダヘッド１３との間に形成されている。ピストンヘッド３２の直径はヘッド摺動穴１２ａの穴径より若干小さく、相互間にポンプ室Ｐと吸入室Ｓとに渡る漏液を許す嵌め合い隙間（図示しない）が設けられている。

ピストン３１には、ポンプ室Ｐと吸入室Ｓとの連通及びこの連通を断つことを担う逆止め弁３４が設けられている。この逆止め弁３４は、中間部に弁座面３５ａを有してポンプ室Ｐと吸入室Ｓとにわたってピストン３１に設けられた連通路３５と、弁座面３５ａに接離する弁体３６と、弁体受け３７とから形成されている。連通路３５に収容された弁体３６は例えばボールからなる。弁体受け３７は、ピストンヘッド３２に取付けられていて、弁体３６の抜け出しを防止しつつ液体の通過を許すように格子状等に形成されている。

ピストン軸３３は、ピストン通孔１４を摺動自在に貫通して、この通孔１４に支持されている。シリンダ１１の外部に突出したピストン軸３３の軸端部３３ａは、例えばピストン通孔１４を貫通した摺動軸部分とは別体であって、この摺動軸部分にねじ込んで一体に連結されている。この軸端部３３ａはその外周に突設された環状の鍔部からなるフランジ押え部３８を有している。軸端部３３ａには押え部材３９がねじ止めされている。押え部材３９は円板からなり、その外径はフランジ押え部３８の径より大きい。これにより、第２の押え部材３９の周縁部は後述する第２のフランジ４３の外周に対して食み出している。

ポンピング部材４１はゴム状弾性材料により成形されたべローズからなり、耐液性及び可撓性を有している。このポンピング部材４１は、両端が開口された筒状をなし、一端開口縁に第１のフランジ４２を一体に有しているとともに、他端開口縁に第２のフランジ４３を一体に有している。

ポンピング部材４１を成形するゴム状弾性材料としては、シリコンゴム、ＥＰＤＭ、フッ素樹脂などを挙げることができ、液体が薬品の場合には耐薬品性を有したシリコンゴムを使用することが好ましい。ポンピング部材４１をＥＰＤＭ製とする場合には、ポンピング部材４１の伸縮を伴う可撓変形が容易でその伸縮速度が速くなるので、ポンプ性能を向上することが可能で、モータ部５０の消費電力も低減できる。

第１のフランジ４２は、ポンピング部材４１の外側に張り出して形成されている。第２のフランジ４３はポンピング部材４１の内側に突設されている。ポンピング部材４１の第１のフランジ４２と第２のフランジ４３との間はたる形状の可撓部をなしている。このポンピング部材４１はシリンダ１１とピストン３１とにわたって配置されている。即ち、第１のフランジ４２は、シリンダ１１の奥壁１２ｂの外面とこれにねじ止めされた第１の押え部材４６との間に挟着されている。フランジ押え部３８に被された第２のフランジ４３は、第２の押え部材３９とフフランジ押え部３８との間に挟着されている。

こうして取付けられたポンピング部材４１の内面とその中央部に配置されているピストン軸３３との間にはタンク室４４が形成されている。このタンク室４４は通液孔１５を通じて吸入室Ｓに連通している。この吸入室Ｓにはポンプ室Ｐの増圧時に前記図示しない嵌め合い隙間を通ってポンプ室Ｐの液体の一部が漏れるので、この漏液を吸入室Ｓから通液孔１５を通じてタンク室４４に受け入れることができる。なお、メタノール水溶液は、ポンプ室Ｐ，吸入室Ｓ，タンク室４４、及び図示しない全ての流路にあらかじめ満たされている。

モータ部５０は、モータベース５１と、電動モータ５２と、出力歯車５３とを備えている。モータベース５１はポンプ１０の側方に並べてシリンダ本体１２にねじ止めされている。モータベース５１にねじ止めされた電動モータ５２にはステッピングモータが使用されている。この電動モータ５２は図示しないモータドライバにより適当時間駆動される。電動モータ５２の回転軸５２ａには出力歯車５３が固定されている。

ポンプ１０とモータ部５０とにわたって配置された伝動部６０は、伝動部ベース６１と、カバー６２と、伝動要素６３と、運動変換部６４と、駆動部材６５とを備えている。

図１に示すように平面視長方形状のカバー６２と伝動部ベース６１とは、これらを挿通する図示しないねじでモータ部５０とポンプ１０とに連結されている。伝動部ベース６１とカバー６２とに互いに連続して形成された貫通孔には出力歯車５３が挿入されている。

伝動要素６３及び運動変換部６４は、夫々伝動部ベース６１とカバー６２との間に回転自在に支持されている。伝動要素６３は大歯車６３ａと小歯車６３ｂとを有している。大歯車６３ａは出力歯車５３に噛み合わされている。運動変換部６４は歯車６４ａ付きのカム体であって、その歯車６４ａは小歯車６３ｂに噛み合わされている。運動変換部６４はその軸線に対して斜めでかつリング状に連続するカム溝６４ｂを有している。

駆動部材６５は、ピストン３１と平行に配置されたガイド軸６９にその軸方向に沿って摺動自在に支持されている。駆動部材６５は、その一端部に側方に突出するカムフォロアとして例えばローラ６５ａを有している。ローラ６５ａはカム溝６４ｂに転接するように挿入されている。運動変換部６４の回転運動はカム溝６４ｂとローラ６５ａとの係合を介して駆動部材６５の往復運動に変換されるので、駆動部材６５はガイド軸６９を案内としてピストン３１の軸方向に沿って往復移動可能に設けられている。したがって、後述のようにピストン３１を軸方向に往復移動させるのに、一方向回転の電動モータ５２を用いることができる。駆動部材６５は嵌合溝６５ｂを有している。この嵌合溝６５ｂは、第２のフランジ４３の外周に対して外側に食み出した第２の押え部材３９の周縁部に嵌合されている。

前記構成のポンプ１０、モータ部５０、及び伝動部６０により、電動モータ５２が動作されると、出力歯車５３の回転が伝動要素６３を介して運動変換部６４に減速されて伝動されるので、運動変換部６４が所定速度で回転される。この運動変換部６４が180度回転するごとに、そのカム溝６４ｂに係合しているローラ６５ａを介して駆動部材６５がガイド軸６９に沿って摺動方向を反転して往復移動する。往復移動される駆動部材６５は、シリンダ本体１２に近づく往動時に、第２の押え部材３９をシリンダ本体１２に近付けるように押圧するとともに、シリンダ本体１２から遠ざかる複動時に、第２の押え部材３９を引っ張ってシリンダ本体１２から遠ざける。

第２の押え部材３９が駆動部材６５でシリンダ本体１２側に押されると同時に、ピストン３１が押し込まれるので、ポンピング部材４１が外側に膨れつつ長さを短くするように可撓変形される。これにより、タンク室４４の内圧が高められると同時に、ピストンヘッド３２が吐出し弁１１ａに近づけられるとともに、ポンプ室Ｐが縮められてその内圧が高められる一方で、吸入室Ｓの容積が拡大してその内圧が下がる。

こうしたピストン３１の押込みが進行するに従い、ピストン３１の逆止め弁３４が閉じ状態となってポンプ室Ｐの内圧が更に高められるので、ポンプ室Ｐ内に充満されている液体が吐出し弁１１ａを押し開いて、この弁１１ａから外部に吐出される。この一方で、圧力が低下する吸入室Ｓには、圧力が高いポンプ室Ｐ内の液体の一部が、シリンダ１１とピストン３１との間の嵌め合い隙間（図示しない）を通って流入する。これとともに、吸入室Ｓには、吸入部１６に導かれたメタノール水溶液が１６を通って吸込まれるとともに、ポンピング部材４１で加圧されたタンク室４４内のメタノール水溶液の一部が通液孔１５を通って吸込まれる。嵌め合い隙間を通って吸入室Ｓに漏れるメタノール水溶液の量、及びタンク室４４から吸入室Ｓに戻されるメタノール水溶液の量は、吸入部２８から吸入室Ｓに吸込まれるメタノール水溶液の量に比較して僅かである。嵌め合い隙間を通る漏液量が僅かであることにより、吐出し弁１１ａを押し開くに十分な液圧をポンプ室Ｐに得ることができる。以上の液体の吐出しは前記カム溝６４ｂによってピストン３１が所定ストローク押し込まれた段階で終了する。

この後、駆動部材６５が複動されることによりピストン３１が引き戻される。この引き戻しに従って、ピストンヘッド３２がシリンダヘッド１３から遠ざけられ、ポンプ室Ｐの容積が拡大しその内圧が低下する一方で、吸入室Ｓの容積が減ってその内圧が上昇するので、逆止め弁３４が開いてポンプ室Ｐと吸入室Ｓとが連通する。このため、吸入室Ｓ内のメタノール水溶液が連通路３５を通ってポンプ室Ｐに補給される。

同時に、ピストン３１が引き戻されるに従って、ポンピング部材４１は引き伸ばされるように可撓変形されるので、タンク室４４の内圧が低下する。このため、圧力が高い吸入室Ｓ内のメタノール水溶液の一部は、通液孔１５を通ってタンク室４７内に流入して、このタンク室４４に溜められる。

以上のようにポンプモジュール１は、シリンダ１１に対するピストン３１の往復移動の繰り返しに伴い、その繰り返し回数に応じた量のメタノール水溶液をポンプ１０によって吐出して、発電装置３に供給することができる。この場合、シリンダ１１のヘッド摺動穴１２ａとピストン３１のピストンヘッド３２との間での液漏れを考慮してメタノール水溶液の吐出し動作を行っている。言い換えれば、ヘッド摺動穴１２ａの内面に弾性的に強く密接されるシールリングを用いることなく、所定量となるように制御された微量のメタノール水溶液をポンプ室Ｐから吐出し弁１１ａを通して排出させている。

これにより、シリンダ１１の内面に弾性的に強く密接して擦られるシールリングを用いた構成のように、シールリングの摩耗を原因とする吐出し量の変化がもたらされることがない。その上、シリンダ１１の内面に対するピストン３１の摺動に伴う摩耗は、これら両者間の嵌め合い隙間から漏れ出るメタノール水溶液によって抑制できる。したがって、長期間の使用での摩耗に基づく吐出し量の変化が抑制されて、長期間にわたり安定した定量吐出し性能を持続可能である。

これとともに、シリンダ１１の内面に弾性的に強く密接して擦られるシールリングを用いた構成に比較して、シリンダ１１とピストン３１との間での摩擦損失がない。このため、ピストン３１の駆動力が小さくて済むものであり、モータ部５０の電動モータ５２に、よりトルクが小さく、それ故に小形に形成された電動モータを使用可能である。

ファン７０には、例えば単一の羽根車７１と、これを収容したファンケーシング７２とを備えたシロッコファンが用いられている。

羽根車７１の車軸は入力軸７１ａとして用いられ、入力軸７１ａはファンケーシング７２に回転自在に支持されていて、その一端部はファンケーシング７２の外に突出されている。この入力軸７１ａの突出端部は前記出力歯車５３を介して回転軸５２ａに連結されている。この連結は、例えば入力軸７１ａの突出端部を非円形に形成するとともに、この突出端部の形状に対応させて出力歯車５３の端部に設けた非円形の連結穴５３ａに、入力軸７１ａの突出端部を挿入することによってなされており、これにより回転軸５２ａと一体に羽根車７１が回転されるようになっている。図１中点線矢印は羽根車７１の回転方向を示している。

入力軸７１ａは回転軸５２ａに連結することに代えて、伝動部６０の回転部材例えば、伝動要素６３又は運動変換部６４に連結してもよい。しかし、本実施形態のように入力軸７１ａを回転軸５２ａに出力歯車５３を介して連結した構成は、伝動部６０で減速される前の電動モータ５２の高い回転をファン７０の入力軸７１ａに与えて、ファン７０の送風性能を高くできる点で優れている。

ファンケーシング７２は、伝動部６０のカバー６２上に固定されている。このファンケーシング７２は、カバー６２への固定壁と対向する壁に吸気口７２ａ（図１参照）を有しているとともに、側壁に排気口７２ｂを有している。吸気口７２ａは羽根車７１の端面に対向して設けられ、排気口７２ｂは羽根車７１の側面に対向して設けられている。排気口７２ｂには、前記発電装置３の正極６に空気を導く流路をなす空気配管（図示しない）が接続される。

前記構成のファン７０の入力軸７１ａには、ポンプ１０が既述のように駆動されることに同期して、電動モータ５２の回転動力が与えられる。これにより、ファン７０が駆動されて発電装置３に対して空気が供給される。そして、既述のようにこの時のポンプ１０の動作により、液体燃料（メタノール水溶液）が発電装置３に供給されるので、発電装置３は、水素を燃料とするとともに空気中の酸素を酸化剤として発電を行って、その外部回路等の電力利用機器（図示しない）に電力を供給する。

以上のように携帯用電子機器に搭載された燃料電池システムが備えるポンプモジュール１は、電動モータ５２の回転動力を、伝動部６０を介してポンプ１０に与えてこのポンプ１０を駆動できるとともに、送気手段をなすファン７０に与えてこのファン７０をポンプ１０と同期させて駆動できるから、発電装置３に対してメタノール水溶液を送出するポンプ１０と空気を送出するファン７０とに対してモータ部５０を共有できる。このように夫々が別々のモータにより駆動されるポンプ１０及びファン７０を備えることなく、単一のポンプモジュール１でメタノール水溶液と空気とを発電装置３に送ることができるので、このポンプモジュール１の機器本体２への配設スペースが小さくて済むとともに、部品点数及び機器への組み込み工数も削減できる。それにより、燃料電池システムが搭載された携帯型パーソナルコンピュータ等の搭載対象の機器の小型化及びコストダウンに貢献できる。

図３及び図４は本発明の第２実施形態を示している。この実施形態はファンが以下のように第１実施形態とは異なり、それ以外の事項は第１実施形態と同じであるので、同一部分には第１実施形態と同じ符号を付して説明を省略する。

第２実施形態では、ファン装置をなす複数例えば二つのファン７０，７５を備え、これらは伝動部６０のカバー６２上に並べて設けられている。図４に示すようにファン７５は、その車軸７５ａの長さがファンケーシング７２の厚みと同等である点を除いて、ファン７０と同じ構成である。これらのファン７０，７５はその排気口７２ｂを同じ方向に向けて並べられている。これらの排気口７２ｂを通る空気は、図示しない合流配管を用いて合流されてから発電装置３に供給される。

ファン７０の羽根車７１とファン７５の羽根車７１を互いに連動させて駆動するために、ファン７０，７５にわたって連動機構が設けられている。この連動機構は、例えば、ファン７０の車軸である入力軸７１ａに固定されたプーリ７３と、ファン７５の車軸７５ａに固定されたプーリ７６と、これらプーリ７３，７６にわたって巻き掛けられた無端ベルト７７とで形成されている。したがって、ファン７０，７５の夫々が有した羽根車７１は同方向に同期して回転され、それらの回転方向を図３中に点線矢印で示す。無端ベルト７７はプーリ７３，７６を同方向に回転させるように巻き掛けられている。以上説明した事項以外は第１実施形態と同じである。

この第２実施形態では、メタノール水溶液を発電装置３に供給するポンプ１０の駆動と同期してファン７０が駆動されるだけではなく、これに連動機構を介して他のファン７５が駆動されて、発電装置３に空気を供給できる。したがって、第２実施形態でも本発明の課題を解決できる。しかも、２台のファン７０，７５を連動させたので、発電装置３に供給する風量を多くできる。この風量と同じ量の空気を単一のファンで空気を発電装置３に供給する場合に比較して、２台のファン７０，７５の夫々の厚みを薄くできる。これにより、ポンプ１０の軸方向に沿うポンプモジュール１全体を高さが低くして、ポンプモジュール１の大型化を抑制できる。

図５及び図６は本発明の第３実施形態を示している。この実施形態はファンが以下のように第１実施形態とは異なり、それ以外の事項は第１実施形態と同じであるので、同一部分には第１実施形態と同じ符号を付して説明を省略する。

第３実施形態では、ファン装置をなす複数例えば三つのファン７０，７５，８１を備え、これらは伝動部６０のカバー６２上に並べて設けられている。図６に示すようにファン７５，８１は、それらの車軸７５ａ，８１ａの長さがファンケーシング７２の厚みと同等である点を除いて、ファン７０と同じ構成である。これらのファン７０，７５，８１はその排気口７２ｂを同じ方向に向けて並べられている。これらの排気口７２ｂを通る空気は、図示しない合流配管を用いて合流されてから発電装置３に供給される。

ファン７０の羽根車７１と、ファン７５，８１の羽根車７１とを互いに連動させて駆動するために、ファン７０，７５，８１にわたって連動機構が設けられている。この連動機構は、例えば、ファン７０の車軸である入力軸７１ａに固定されたプーリ７３と、ファン７０の車軸７５ａに固定されたプーリ７６と、ファン８１の車軸８１ａに固定されたプーリ８２と、これらプーリ７３，７６，８２にわたって巻き掛けられた無端ベルト８３とで形成されている。無端ベルト８３はプーリ７３，７６，８２を同方向に回転させるように巻き掛けられている。したがって、ファン７０，７５，８１が夫々有した羽根車７１は同方向に同期して回転され、その回転方向を図５中に点線矢印で示す。なお、無端ベルト８３をプーリ７３，７６にわたって巻き掛けるとともに、車軸７５ａに他のプーリを設けて、これとプーリ８２とわたって他の無端ベルを巻き掛けて、羽根車７１，７５，８１を連動させるようにしてもよい。以上説明した事項以外は第１実施形態と同じである。

この第３実施形態では、メタノール水溶液を発電装置３に供給するポンプ１０の駆動と同期してファン７０が駆動されるだけではなく、これに連動機構を介して他のファン７５，８１が夫々駆動されて、発電装置３に空気を供給できる。したがって、第３実施形態でも本発明の課題を解決できる。しかも、３台のファン７０，７５，８１を連動させたので、発電装置３に供給する風量を多くできる。この風量と同じ量の空気を単一のファンで空気を発電装置３に供給する場合に比較して、３台のファン７０，７５，８１の夫々の厚みを薄くできる。これにより、ポンプ１０の軸方向に沿うポンプモジュール１全体を高さが低くして、ポンプモジュール１の大型化を抑制できる。

図７及び図８は本発明の第４実施形態を示している。この実施形態は以下説明する事項が第１実施形態とは異なり、それ以外の事項は第１実施形態と同じであるので、同一部分には第１実施形態と同じ符号を付して説明を省略する。

第４実施形態では、送気手段としてのファン７０が有した入力軸７１ａにクラッチ８５が設けられている。クラッチ８５は、それに対する通電・非通電等の外部入力の制御によって、電動モータ５２の回転動力のファン７０への伝達とその解除とを担うものである。このクラッチ８５には電磁クラッチを好適に用いることができるが、その他の構成のクラッチであってもよい。なお、図８中符号８６は、クラッチ８５の配設スペースを確保して、ファン７０を伝動部６０のカバー６２上に配置するためのステーを示している。以上説明した事項以外は第１実施形態と同じである。

この第４実施形態では、メタノール水溶液を発電装置３に供給するポンプ１０の駆動と同期して発電装置３に空気を供給するファン７０が駆動されるので、本発明の課題を解決できる。しかも、このようにポンプ１０とファン７０とにモータ部５０が共用されているにも拘わらず、クラッチ８５によってファン７０への動力伝達を制御できるので、これにより、ポンプ１０の送液動作に制約されずにファン７０による送気量を制御できる。したがって、ポンプ１０とファン７０との運転を発電装置３の性能や動作状況等に適合させることができる。

図９及び図１０は本発明の第５実施形態を示している。この実施形態はファンが第１実施形態とは異なり、それ以外の事項は第１実施形態と同じであるので、同一部分には第１実施形態と同じ符号を付して説明を省略する。

第５実施形態では、ファン９０が、一対の羽根車７１，９１と、これらを収容した単一のファンケーシング９２とを備えている。第１の羽根車７１の車軸は入力軸７１ａとして使用されていて、ファンケーシング９２を貫通して回転軸５２ａに出力歯車５３を介して連結されている。第２の羽根車９１は、その車軸９１ａの長さがファンケーシング９２の厚みと同等である点を除いて、羽根車７１と同じ構成である。

伝動部６０のカバー６２上に取付けられたファンケーシング９２は、二つの吸気口９２ａ，９２ｂと、一つの排気口９２ｃを有している。一方の吸気口９２ａは第１の羽根車７１の端面に対向して設けられ、他方の吸気口９２ｂは第２の羽根車９１の端面に対向して設けられている。排気口９２ｃは羽根車７１，９１の側面に渡って設けられて、両羽根車７１，９１に共通して使用されるようになっている。

第１、第２の羽根車７１、９１を互いに連動させて駆動するために、羽根車７１、９１にわたって連動機構が設けられている。この連動機構は、例えば、ファン７０の車軸である入力軸７１ａに固定された歯車９３と、羽根車９１の車軸９１ａに固定された歯車９４とで形成され、これらの歯車９３，９４は噛み合わされている。この歯車伝動により、第１の羽根車７１に対して第２の羽根車９１は逆方向に回転され（図９中点線で料羽根車７１，９１の回転方向を示す。）、それにより第１、第２の羽根車７１，９１は単一の排気口９２ｃに向けて空気を送るようになっている。なお、連動機構は、入力軸７１ａと車軸９１ａの夫々にプーリを固定するとともに、これらプーリにわたって無端ベルトをたすき掛けに巻き掛けて形成することもでき、これにより、第１、第２の羽根車７１，９１を互いに逆方向に回転させることができる。以上説明した事項以外は第１実施形態と同じである。

この第５実施形態では、メタノール水溶液を発電装置３に供給するポンプ１０の駆動と同期してファン９０が駆動されて、発電装置３に空気を供給できる。したがって、第５実施形態でも本発明の課題を解決できる。しかも、連動する二つの羽根車７１，９１を有しているので、発電装置３に供給する風量を多くできる。この風量と同じ量の空気を単一のファンで空気を発電装置３に供給する場合に比較して、ファン９０の厚みを薄くできる。これにより、ポンプ１０の軸方向に沿うポンプモジュール１全体を高さが低くして、ポンプモジュール１の大型化を抑制できる。その上、連動する第１、第２の羽根車７１，９１を互いに逆回りに回転させたことにより、これら羽根車７１，９１による回転モーメントが相殺されるので、両羽根車７１，９１の駆動を原因とする振動を抑制できる。更に、互いに逆回りに回転される羽根車７１，９１を備えたことで、ファンケーシング９２の単一の排気口９２ｃを両羽根車７１，９１に共通して使用できるから、格別に合流配管などの部品を要することなく発電装置３への送気ができて、送気配管の取り回しを容易にできる。

なお、本発明は前記各実施形態に制約されるものではなく、例えば第４実施形態で説明したクラッチは、第２、第３、及び第５の実施形態にも適用可能である。又、本発明は、燃料電池システム以外の用途にも適用できる。

本発明の第１実施形態に係るポンプモジュールを示す平面図。図１中Ｆ２−Ｆ２線に沿うポンプモジュールの断面図。本発明の第２実施形態に係るポンプモジュールを示す平面図。図３中Ｆ４−Ｆ４線に沿うポンプモジュールの断面図。本発明の第３実施形態に係るポンプモジュールを示す平面図。図５中Ｆ６−Ｆ６線に沿うポンプモジュールの断面図。本発明の第４実施形態に係るポンプモジュールを示す平面図。図７中Ｆ８−Ｆ８線に沿うポンプモジュールの断面図。本発明の第５実施形態に係るポンプモジュールを示す平面図。図９中Ｆ１０−Ｆ１０線に沿うポンプモジュールの断面図。

符号の説明

１…ポンプモジュール
２…機器本体
３…発電装置
４…燃料カートリッジ
１０…ポンプ
５０…モータ部
５２…電動モータ
５２ａ…回転軸
５３…出力歯車
５３ａ…連結穴
６０…伝動部
６１…伝動部ベース
６２…カバー
６３…伝動要素
６４…運動変換部
６４ａ…カム溝
６５…駆動部材
６５ａ…ローラ
７０…ファン（送気手段）
７１…羽根車
７１ａ…入力軸
７２…ファンケーシング
７２ａ…吸気口
７２ｂ…排気口
７５…ファン（送気手段）
７５ａ…車軸
７３，７６…プーリ
７７…無端ベルト
８１…ファン（送気手段）
８２…プーリ
８３…無端ベルト
８５…クラッチ
９０…ファン（送気手段）
９１…羽根車
９１ａ…車軸
９２…ファンケーシング
９２ａ，９２ｂ…吸気口
９２ｃ…排気口

Claims

回転軸を有するモータと、
このモータの回転動力により駆動され液体を送出するポンプと、
このポンプと前記回転軸とを連結した伝動部と、
入力軸を有しこの入力軸を前記回転軸又は前記伝動部に連結して駆動され気体を送出する送気手段と、
を具備した小型機器搭載用ポンプモジュール。
前記送気手段を、並設されて互いに連動する複数のファンで形成し、これらファンの内の一つに前記入力軸を設けた請求項１に記載の小型機器搭載用ポンプモジュール。
前記送気手段が、第１の羽根車と、この羽根車に並設されてこの第１の羽根車に連動し第１の羽根車とは逆回りに回転する第２の羽根車と、これら第１、第２の羽根車を収容し、吸気口及び前記両羽根車に共通する一つの排気口を有したファンケーシングとを備え、前記両羽根車の内の一方が有した車軸を前記入力軸として用いた請求項１に記載の小型機器搭載用ポンプモジュール。
前記入力軸にクラッチを設けた請求項１から３の内のいずれか一項に記載の小型機器搭載用ポンプモジュール。
発電装置でこれに供給される液体燃料と空気中の酸素とを反応させて電力を発生する燃料電池システムが搭載された携帯可能な電子機器において、
機器本体と、
この機器本体に設けられた前記発電装置と、
前記液体燃料を蓄えて前記機器本体に着脱自在に装着される燃料カートリッジと、
前記機器本体に搭載された前記請求項１から４の内のいずれか一項に記載のポンプモジュールであって、このモジュールが備えたポンプは前記燃料カートリッジ内の液体燃料を前記発電装置に供給し、前記ポンプモジュールが備えた送気手段は前記発電装置に空気を供給するポンプモジュールと、
を具備した携帯可能な電子機器。