(57)【要約】【課題】  電気流体力学ポンプ（ＥＨＤポンプ）の要部をなす電極対ユニットの構成・配置の実証的改良により、ＥＨＤポンプの小型化、製造コスト低減を図ると共に、ポンピング能力の増強・調整を容易にする。【解決手段】  並行状態に対向して直流高電圧が印加される棒状正電極と棒状負電極から成る棒状電極対のみで形成した棒状電極対ユニット；あるいは、並行状態に対向して直流高電圧が印加される平板形のメッシュ状正電極とメッシュ状負電極から成るメッシュ状電極対と棒状電極対を縦列配置した棒・メッシュ電極対ユニットを、ポンピング作動流体が流通するポンプケース内の流体流路に配置する。また、複数の電極対ユニットを、流体流路内で、ポンピング作動流体の流れ方向に沿って、縦列または並列に配設する。【選択図】図１
2010063342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界を作用させると解離イオンが生成されるポンピング作動流体が流れるポンプケース内の流体流路に；間隔を置いて互いに並行状態に保持され且つ相互間に直流高電圧が印加される棒状正電極ならびに棒状負電極から成る少なくとも１対の棒状電極対を備えた電極対ユニットを配置し；その流体流路内における棒状負電極の位置が、同棒状負電極と対を成す棒状正電極の位置に対して、ポンピング作動流体の流れの上流側に位置する状態で；前記電極対ユニットを前記流体流路に装着したことを特徴とする電気流体力学ポンプ。
【請求項２】
電界を作用させると解離イオンが生成されるポンピング作動流体が流れるポンプケース内の流体流路に；間隔を置いて互いに並行状態に保持され且つ相互間に直流高電圧が印加される棒状正電極ならびに棒状負電極から成る複数の棒状電極対が、その各電極対の正電極同士ならびに負電極同士が間隔を置いて隣り合う状態で並置された電極対ユニットを配置し；その流体流路内における棒状負電極の位置が、同棒状負電極と対を成す棒状正電極の位置に対して、ポンピング作動流体の流れの上流側に位置する状態で；前記電極対ユニットを前記流体流路に装着したことを特徴とする電気流体力学ポンプ。
【請求項３】
電界を作用させると解離イオンが生成されるポンピング作動流体が流れるポンプケース内の流体流路に；間隔を置いて互いに並行状態に保持され且つ相互間に直流高電圧が印加される棒状正電極ならびに棒状負電極から成る少なくとも１対の棒状電極対を備えた複数の電極対ユニットが、その各ユニット間に間隔を置いて縦列に配された重合電極対ユニットを配置し；その流体流路内における棒状負電極の位置が、同棒状負電極と対を成す棒状正電極の位置に対して、ポンピング作動流体の流れの上流側に位置する状態で；前記重合電極対ユニットを前記流体流路に装着したことを特徴とする電気流体力学ポンプ。
【請求項４】
電界を作用させると解離イオンが生成されるポンピング作動流体が流れるポンプケース内の流体流路に；間隔を置いて互いに並行状態に保持され且つ相互間に直流高電圧が印加される棒状正電極ならびに棒状負電極から成る複数の棒状電極対が、その各電極対の正電極同士ならびに負電極同士の間に間隔を置いて隣り合う状態で並置された棒状電極対群を、その各棒状電極対群の間に間隔を置いて、縦列に配した重合電極対ユニットを配置し；その流体流路内における棒状負電極の位置が、同棒状負電極と対を成す棒状正電極の位置に対して、ポンピング作動流体の流れの上流側に位置する状態で；前記重合電極対ユニットを前記流体流路に装着したことを特徴とする電気流体力学ポンプ。
【請求項５】
電界を作用させると解離イオンが生成されるポンピング作動流体が流れるポンプケース内の流体流路に；間隔を置いて互いに並行状態に保持され且つ相互間に直流高電圧が印加される棒状正電極ならびに棒状負電極から成る少なくとも２対の棒状電極対に関して、その各棒状電極対の電極長手方向を、任意の交差角度で交差させて配設した電極対ユニットを配置し；その流体流路内における棒状負電極の位置が、同棒状負電極と対を成す棒状正電極の位置に対して、ポンピング作動流体の流れの上流側に位置する状態で；前記電極対ユニットを前記流体流路に装着したことを特徴とする電気流体力学ポンプ。
【請求項６】
電界を作用させると解離イオンが生成されるポンピング作動流体が流れるポンプケース内の流体流路に；間隔を置いて互いに並行状態に保持され且つ相互間に直流高電圧が印加される棒状正電極ならびに棒状負電極から成る棒状電極対と、間隔を置いて互いに並行状態に保持され且つ相互間に直流高電圧が印加される平板形メッシュ状正電極ならびに平板形メッシュ状負電極から成るメッシュ状電極対を、両電極対の間に間隔を置いて縦列に配した電極対ユニットを配置し；その流体流路内における負電極の位置が、同負電極と対を成す正電極の位置に対して、ポンピング作動流体の流れの上流側に位置する状態で；前記電極対ユニットを前記流体流路に装着したことを特徴とする電気流体力学ポンプ。
【請求項７】
電界を作用させると解離イオンが生成されるポンピング作動流体が流れるポンプケース内の流体流路に；間隔を置いて互いに並行状態に保持され且つ相互間に直流高電圧が印加される棒状正電極ならびに棒状負電極から成る複数の棒状電極対を、その各電極対の正電極同士ならびに負電極同士が間隔を置いて隣り合う状態で並置した棒状電極対群と；間隔を置いて互いに並行状態に保持され且つ相互間に直流高電圧が印加される平板形メッシュ状正電極ならびに平板形メッシュ状負電極から成るメッシュ状電極対を；両電極対の間に間隔をおいて、縦列に配した電極対ユニットを配置し；その流体流路内における負電極の位置が、同負電極と対を成す正電極の位置に対して、ポンピング作動流体の流れの上流側に位置する状態で；前記電極対ユニットを前記流体流路に装着したことを特徴とする電気流体力学ポンプ。
【請求項８】
複数の同種または異種の電極対ユニットが、流体流路において、縦列または／および並列に配設されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の電気流体力学ポンプ。
【請求項９】
棒状正電極の径を棒状負電極の径より大きく設定したことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の電気流体力学ポンプ。
【請求項１０】
対を成す正電極と負電極の間に直流高電圧を印加することによってその正電極と負電極の間に生ずる電界の強さを、１０７ｖ／ｍを超えない範囲に設定したことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の電気流体力学ポンプ。
【請求項１１】
間隔を置いて互いに並行状態に保持され且つ相互間に直流高電圧が印加される棒状正電極ならびに棒状負電極から成る少なくとも１対の棒状電極対を備えたことを特徴とする電気流体力学ポンプ用電極対ユニット。
【請求項１２】
間隔を置いて互いに並行状態に保持され且つ相互間に直流高電圧が印加される棒状正電極ならびに棒状負電極から成る複数の棒状電極対を、その各電極対の正電極同士ならびに負電極同士が間隔を置いて隣り合う状態で並置したことを特徴とする電気流体力学ポンプ用電極対ユニット。
【請求項１３】
間隔を置いて互いに並行状態に保持され且つ相互間に直流高電圧が印加される棒状正電極ならびに棒状負電極から成る少なくとも１対の棒状電極対を備えた複数の電極対ユニットを、その各ユニット間に間隔を置いて、縦列に配したことを特徴とする電気流体力学ポンプ用電極対ユニット。
【請求項１４】
間隔を置いて互いに並行状態に保持され且つ相互間に直流高電圧が印加される棒状正電極ならびに棒状負電極から成る複数の棒状電極対を、その各電極対の正電極同士ならびに負電極同士が間隔を置いて隣り合う状態で並置した棒状電極対群を、その各棒状電極対群の間に間隔を置いて、縦列に配したことを特徴とする電気流体力学ポンプ用電極対ユニット。
【請求項１５】
間隔を置いて互いに並行状態に保持され且つ相互間に直流高電圧が印加される棒状正電極ならびに棒状負電極から成る少なくとも２対の棒状電極対に関して、その各棒状電極対の電極長手方向を、任意の交差角度で交差させて配設したことを特徴とする電気流体力学ポンプ用電極対ユニット。
【請求項１６】
間隔を置いて互いに並行状態に保持され且つ相互間に直流高電圧が印加される棒状正電極ならびに棒状負電極から成る棒状電極対と、間隔を置いて互いに並行状態に保持され且つ相互間に直流高電圧が印加される平板形メッシュ状正電極ならびに平板形メッシュ状負電極から成るメッシュ状電極対を、両電極対の間に間隔をおいて、縦列に配したことを特徴とする電気流体力学ポンプ用電極対ユニット。
【請求項１７】
間隔を置いて互いに並行状態に保持され且つ相互間に直流高電圧が印加される棒状正電極ならびに棒状負電極から成る複数の棒状電極対を、その各電極対の正電極同士ならびに負電極同士が間隔を置いて隣り合う状態で並置した棒状電極対群と；間隔を置いて互いに並行状態に保持され且つ相互間に直流高電圧が印加される且つ相互間に直流高電圧が印加される平板形メッシュ状正電極ならびに平板形メッシュ状負電極から成るメッシュ状電極対を；両電極対の間に間隔をおいて、縦列に配したことを特徴とする電気流体力学ポンプ用電極対ユニット。
【請求項１８】
棒状正電極の径を棒状負電極の径より大きく設定したことを特徴とする請求項１１ないし請求項１７のいずれかに記載の電気流体力学ポンプ用電極対ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、電界を作用させると解離イオンが生成される液体をポンピング作動流体として、そのポンピング作動流体中に、正電極と負電極を対向させて成る電極対を配設し、その電極対に直流高電圧を印加して生ずる正・電極間の電界によって、ポンピング作動流体を、負電極側から正電極側へ流動させ圧送する電気流体力学ポンプに関するもので、特に、電気流体力学ポンプに適合する電極対の構成、複数の電極対を備えてポンプケース内に配設される電極対ユニットの構成、ならびに、電極対ユニットのポンプケース内における配設構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  古くから使用されてきた機械式ポンプ、すなわち回転羽根あるいは往復動ピストンを用いて流体を送り出すポンプでは、羽根やピストンの動きによって振動や摩擦が生じ、その振動や摩擦に伴って振動音や摩擦音や摩擦熱が発生することから、機械的ポンプに替わる電気流体力学ポンプンプ（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｈｙｄｒｏ−ｄｙｎａｍｉｃｓ−ｐｕｍｐ）（「ＥＨＤポンプ」と略す）の実用化に向けた研究開発が進んでいる。そして、ＥＨＤポンプの電極構成に関しては、既に、特開２００３−２８４３１６号公開特許公報（特許文献１）や、特開２００８−１４１８７０号公開特許公報に示されるような提案がなされている。
【特許文献１】特開２００３−２８４３１６号公開特許公報
【特許文献２】特開２００８−１４１８７０号公開特許公報
【０００３】  上記の特許文献１に示されるＥＨＤポンプの骨子構造は図２１に示す通りで、縦長のリング状正電極２１１と、そのリング状正電極２１１の内径より小さい外径の円柱状負電極２１２を、両電極の中心軸長手方向にずらせて、正・負両電極２１１，２１２の端部を対向させた電極対をポンプケース２１３内に装着し、ポンピング作動流体２１４（電界が加わると液体中にプラス・イオンとマイナス・イオンが解離して現われる性質の液体）をそのポンプケース２１３内に流通させ、円柱状負電極２１２側からリング状正電極２１１側へ圧送するものである。すなわち、リング状正電極２１１と円柱状負電極２１２の間に、直流高電圧電源２１５から直流高電圧を印加すると、リング状正電極２１１と円柱状負電極２１２の間に生ずる電界によって、リング状正電極２１１および円柱状負電極２１２の近傍にあるポンピング作動流体２１４中に解離イオンが生成され、電極界面にヘテロチャージ層が形成される。その結果、ヘテロチャージ層の解離イオンと電極の間に生じるクーロン力によって、ポンピング作動流体２１４が、図中の矢印に示すような流れとなって圧送され、ポンプケース２１３の外に向かって噴出する。しかし上記のような電極対の構造では、リング状正電極２１１と円柱状負電極２１２を同軸長手方向にずらせて両電極の端部を対向させた非対称電極対であり、その電極対の塊をポンプケース２１３内の流体流路中に置くことから、ポンプケース２１３内に形成される流体流路の流路抵抗が大きくなり、また、リング状正電極２１１と円柱状負電極２１２を同軸長手方向にずらせて対向させた状態でポンプケース２１３内に納める構成は、製造コストが嵩む難点があった。【０００４】  また、特許文献１に示されるＥＨＤポンプの電極対構造の難点を改善するために、特許文献２（特開２００８−１４１８７０公開公報）に示されるＥＨＤポンプが提案されている。特許文献２で提案されているＥＨＤポンプは、図２２に示すように、円錐筒状の金属テーパー管電極２２１の小径端２２１ａに、電気絶縁管２２３を介して、金属棒電極２２２の一端を支持して、金属テーパー管電極２２１の中心軸に沿って金属棒電極２２２を配設したもので、その金属棒電極２２２において、金属テーパー管電極２２１の小径端２２１ａに近い箇所から電気絶縁管２２３内に亘る部分を金属露出部２２２ａとし、他の部分を電気絶縁被膜被覆部２２２ｂとして、金属棒電極２２２を金属テーパー管電極２２１で囲い、金属テーパー管電極２２１と金属棒電極２２２の間を流体流路２２４としている。そして、流体流路２２４に、電界を作用させると解離イオンが生成されるポンピング作動流体２２５を流入させ、図中の矢印に示す方向に圧送するものである。すなわち、金属テーパー管電極２２１と金属棒電極２２２の間に、直流高電圧電源２２６から直流高電圧が印加されると、金属テーパー管電極２２１と金属棒電極２２２との間に生ずる電界によって、ポンピング作動流体２２５中に解離イオンが生成され、ポンピング作動流体２２５が、図中矢印に示す方向に圧送されるものである。なお、θは金属テーパー管電極２２１のテーパー開き角度である。このような円錐筒状の金属テーパー管電極２２１の中心軸上に金属棒電極２２２を配した電極対を用いるＥＨＤポンプでは、ポンピング作動流体２２５の流れが、金属テーパー管電極２２１ならびに金属棒電極２２２の中心軸に極めて接近して生じることから、ポンピング作動流体２２５対する流路抵抗が低減される効果が得られるが、他方、電極対の外径がテーパー開き角度θに依存し、そのテーパー開き角度θがθ＝６０°において最大の流体送出圧力が得られることから、電極対の外径を小さくしてＥＨＤポンプを小型化を図ることは、テーパー開き角度θの設定面からの制約がある。したがって、特許文献２に示されるＥＨＤポンプの電極対構造も、基本的には嵩張る構造であって、製造コストの低減も容易でない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  この発明は、上記のような従来のＥＨＤポンプにおける難点に鑑み、ＥＨＤポンプにおいて要となる電極対の構造ならびに電極対ユニットの構造、すなわち、電極対を構成する正電極ならび負電極の相互関係構造や、電極対の組み合わせから成る電極対ユニットの構造を改良することにより、ＥＨＤポンプの小型化と製造コストの低減を図り、また、ポンプケース内における電極対ユニットの構成を変えることにより、ポンピング能力を容易に増大させ、あるいは容易に調整できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  上記の課題・目的を達するために、この発明のＥＨＤポンプでは、形状・構造が極めて単純・簡単で扱い易い棒状電極対を用いることを基本とし、複数の同種の棒状電極対を配置した電極対ユニットの構成・構造を改良することにより、あるいは、棒状電極対と他の異種電極対（例えば、平板形のメッシュ状正電極とメッシュ状負電極を対向させたメッシュ状電極対など）との併用構成を採ることにより、電極対ユニット、並びに電極対ユニットが組み込まれるＥＨＤポンプの小型化、コスト低減をはかりながら、ポンピング能力を向上させる。【０００７】  また、ポンプケース内の流体流路に組み込む電極対ユニットの構成に関して、棒状正電極と棒状負電極を対にした棒状電極対を複数用い、その各棒状電極対の正電極同士、負電極同士が間隔を置いて隣り合うようにして並べた電極対ユニットとする。【０００８】  また、ポンプケース内の流体流路に組み込む電極対ユニットの構成に関して、棒状正電極と棒状負電極から成る棒状電極対を備えた複数の電極対ユニットを、各ユニット間に間隔を置いて縦列に配置した重合電極対ユニットとする。【０００９】  また、間隔を置いて互いに並行状態に保持され且つ相互間に直流高電圧が印加される棒状正電極ならびに棒状負電極から成る複数の棒状電極対が、その各電極対の正電極同士ならびに負電極同士の間に間隔を置いて隣り合う状態で並置した棒状電極対群を、各電極対群の間に間隔を置いて、縦列に配した重合電極対ユニットとする。【００１０】  そして、ＥＨＤポンプに関して見れば、電界を作用させると解離イオンが生成されるポンピング作動流体が流れるポンプケース内の流体流路に；間隔を置いて互いに並行状態に保持されて相互間に直流高電圧が印加される棒状正電極ならびに棒状負電極から成る少なくとも２対の棒状電極対に関して、その各棒状電極対の電極長手方向を、任意の交差角度で交差させた電極対ユニットを配置する。【００１１】  また、電界を作用させると解離イオンが生成されるポンピング作動流体が流れるポンプケース内の流体流路に；棒状電極対との間に、間隔を置いて互いに並行状態に保持されて相互間に直流高電圧が印加される平板形メッシュ状正電極ならびに平板形メッシュ状負電極から成るメッシュ状電極対を、両電極対の間に間隔を置いて縦列に配した電極対ユニットを配置する。【００１２】  電界を作用させると解離イオンが生成されるポンピング作動流体が流れるポンプケース内の流体流路に；棒状正電極ならびに棒状負電極から成る複数の棒状電極対を、その各電極対の正電極同士ならびに負電極同士が間隔を置いて隣り合う状態で並置した棒状電極対群と；メッシュ状電極対を；両電極対の間に間隔をおいて、縦列に配した電極対ユニットを配置する。【００１３】  さらにまた、複数の同種または異種の電極対ユニットを、流体流路において、縦列または／および並列に配設する。【００１４】  さらにまた、棒状正電極の径を棒状負電極の径より大きく設定して、ポンピング能力を高める。【００１５】  さらにまた、対を成す正電極と負電極の間に直流高電圧を印加することによってその正電極と負電極の間に生ずる電界の強さを、１０７ｖ／ｍを超えない範囲に設定する。
【発明の効果】
【００１６】  そして、本発明に係る上記のような技術手段をＥＨＤポンプに適用することにより、ＥＨＤポンプの要となる電極対ユニットの形態が対称電極対で単純端正になることから、電極対ユニットが配置されたポンプケース内におけるポンピング作動流体の流路の流路抵抗を小さく抑えることができ、ＥＨＤポンプの小型化と製造コストの低減を図ることができる上に、必要に応じてポンプケース内の電極対ユニットの数や配列を変えることにより、ポンピング能力の増大や調整を容易に行なえるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】  この発明の最良の実施形態の一つは、円柱状あるいは楕円柱状あるいは円筒状あるいは楕円筒状の棒状で相互間に直流高電圧が印加される正電極と負電極とが対を成して並行状態に配置された電極対が、同極性の電極が間隔をもって隣り合う状態で、複数対併置して成る棒状電極対と、相互間に直流高電圧が印加される正電極ならびに負電極を並行状態に配置して成る電極対と、並行状態で対向し相互間に直流高電圧が印加されるメッシュ状電極対とを、その両電極対の間に間隔を置いて、各電極対の極性がポンピング作動流体の流れ方向に直列配置となる状態に連設した電気流体力学ポンプ用電極対ユニットである。【００１８】  この発明の最良の実施形態の他の一つは、円柱状あるいは楕円柱状あるいは円筒状あるいは楕円筒状の棒状で相互間に直流高電圧が印加される正電極と負電極とが対を成して並行状態に配置された電極対が、その同極性の電極が間隔をもって隣り合う状態で、複数対併置して成る棒状電極対と、並行状態に対向し相互間に直流高電圧が印加されるメッシュ状電極対とを、その両電極対の間に間隔を置いて、各電極対の極性がポンピング作動流体の流れ方向直列配置となる状態に連設した極対ユニットを、電界を作用させると解離イオンが生成される液体をポンピング作動流体としてポンプケース内に満たし、並行状態に配置されて対を成し且つ直流高電圧が印加される正電極と負電極で電極対を形成すると共に、少なくとも一対の前記電極対を含む電極対ユニットを形成し、複数の前記電極対ユニットを、前記ポンプケース内で上下方向、前後方向、左右方向の少なくとも一つの方向に縦列または／および並列に配設して前記ポンピング作動流体中に浸漬させ、前記正電極と負電極の間に直流高電圧を印加して、前記ポンピング作動流体を前記負電極側から前記正電極側へ流動させることを特徴とする電気流体力学ポンプである。
【実施例】
【００１９】  以下、この発明に係る電気流体力学ポンプ（ＥＨＤポンプ）と、その電気流体力学ポンプに用いる電極対ユニットについて、図面に示す実施例を参考に説明する。【００２０】  図１ならびに図２は、この発明の第一の実施例としたＨＤポンプの骨子構造を示すもので、図１は同ＥＨＤポンプの縦断正面図、図２は同ＥＨＤポンプの縦断側面図である。図１，２において、１，３はそれぞれ金属の円柱状の棒状正電極、２，４は、それぞれ棒状正電極１，３と同質同形の円柱状の棒状負電極である。棒状正電極１と棒状負電極２は間隔Ｓ１を置いて並行状態で対向し、１対の棒状電極対を形成している。また、棒状正電極３と棒状負電極４も、間隔Ｓ１を置いて並行状態で対向し、他の１対の棒状電極対を形成している。なお、Ｄ１は棒状正電極１，３の直径、Ｄ２は棒状負電極２，４の直径を示しているが、図１，２に示す実施例では、棒状正電極１，３および棒状負電極２，４の直径を同径（Ｄ１＝Ｄ２）に設定している。また図２に示すように、棒状正電極１ならびに棒状負電極２から成る電極対と、棒状正電極３ならびに棒状負電極４から成る電極対は、両電極対の棒状正電極１，３同士、ならびに棒状負電極２，４同士が、間隔Ｓ２を置いて隣り合う状態で並列状態に並置されて棒状電極対群を形成している。また図２に示すように、棒状正電極１，３と棒状負電極２，４の間に、直流高電圧電源５から直流高電圧が印加される。そして、棒状正電極１，３および棒状負電極２，４によって棒状電極対ユニットＵ１が構成されている。【００２１】  ６，７は、それぞれ平板形のメッシュ状正電極ならびにメッシュ状負電極で、メッシュ状正電極６とメッシュ状負電極７は、間隔Ｓ３を置いて並行状態で対向してメッシュ状電極対を形成し、メッシュ状正電極６とメッシュ状負電極７の間にも直流高電圧電源５から直流高電圧が印加される。更に、メッシュ状正電極６とメッシュ状負電極７から成るメッシュ状電極対は、前記の棒状電極対ユニットＵ１との間に間隔Ｓ４を置いて、棒状正電極１，３および棒状負電極２，４から成る棒状電極対ユニットＵ１と縦列に配置されて、棒状電極対とメッシュ状電極対とが複合した複合電極対ユニットＵ２を形成している。メッシュ状正電極６とメッシュ状負電極７から成るメッシュ状電極対が、棒状正電極１，３および負電極２，４から成る棒状電極対ユニットＵ１に対して電極極性が直列配列となって、ポンピング作動流体の流れ方向（図１，図２中の矢印方向）に連なって配置されている。【００２２】  Ｃ１はポンプケースで、上面板８、側面板９，１０、前面板１１および背面板１２で形成され、ポンプケースＣ１の上端にポンピング作動流体の送出口１３を備え、ポンプケースＣ１の下端部を、ポンピング作動流体１４の流入口１５としている。Ｗ１、Ｗ２、ｈ１は、それぞれ、ポンプケースＣ１の内部の幅、奥行、高さを示している。ポンプケースＣ１の内部は、ポンピング作動流体１４の流体流路となっており、ポンプの稼動中は、ポンプケースＣ１内の流体流路中に設置された複合電極対ユニットＵ２はポンピング作動流体中に浸漬した状態にあって、その状態で棒状正電極１，３と棒負正電極３，４から成る棒状電極対群、ならびに、メッシュ状���電極とメッシュ状負電極から成るメッシュ状電極対に直流高電圧が印加されろと、流入口１５から吸入されたポンピング作動流体１４は、メッシュ状電極対のメッシュ状正電極６とメッシュ状負電極７の間に生じた電界の作用を受けて、メッシュ状負電極７側からメッシュ状正電極側６へ圧送され、メッシュ状電極対を通過してポンプアップされ圧力が高まったポンピング作動流体１４は、更に棒状正電極１，３、棒状負電極３，４から成る棒状電極対群には入って、棒状正電極１，３と、棒状負正電極３，４の間に生じた電界の作用を受けて、棒状負電極２，４側から、棒正電極１，３側へ圧送され、メッシュ状電極対と棒状電極対ユニットＵ１で２段にポンプアップされたポンピング作動流体が、送出口１３からジェット流となって噴出するものである。【００２３】  なお因みに、ポンプケースＣ１は電気絶縁材料で形成され、その上面板８、前面板１１、背面板１２は板厚３ｍｍの塩ビ板を用い、側面板９，１０は板厚５ｍｍのベークライト板を用いている。また、ポンプケースＣ１の内容積は、幅Ｗ１＝２０ｍｍ×奥行Ｗ２＝２４ｍｍ×高さｈ１＝５３ｍｍとしている。また、電極の直径Ｄ１＝Ｄ２＝６ｍｍ、間隔Ｓ１＝３ｍｍ、間隔Ｓ２＝４ｍｍ、間隔Ｓ３＝３ｍｍ、間隔Ｓ４＝１３ｍｍに設定している。【００２４】  ポンピング作動流体１４には、ヒドロデカフルオロペンテン（２，３−Ｄｉｈｙｄｒｏｄｅｃａｆｌｕｏｒｏｐｅｎｔｅｎ）（「ＨＦＣ４３−１０」と略す）（商品名：バートレル）を用いているが、ＨＦＣ４３−１０に限らず、公知のフッ素系溶媒、例えばＦＣ−８７，ＦＣ−７２、ＦＣ−８４、ＦＣ−７７、ＦＣ−３２５５，ＦＣ−３２８３、ＦＣ−４０、ＦＣ−４３、ＦＣ−７０、ＦＣ−５３１２、２１Ｆ、２１Ｆ−１，２１Ｆ−３、２１Ｆ−５、２１Ｆ−６、２１Ｃ−１０１などが利用できる。なお、本願出願の中に示した他の実施例においても、ポンピング作動流体としてＨＦＣ４３−１０」を用いている。【００２５】  ポンプケースＣ１の材料としては、ポンピング作動流体と接しても溶解、溶出などによる破損が生じない材料、例えば、テフロン、セルロース、バイトン、エチレン／アクリル、フッ素化シリコンなどを除き、フェノール樹脂／ホルムアルデヒト（ベークライト）、ポリカーボネート、あるいは塩化ビニール系樹脂など、フッ素系溶媒に腐蝕されない電気絶縁材料であれば殆どのプラスチックが利用できる。また、フッ素系溶媒に対する耐蝕コーティングを施した樹脂系絶縁材料なども使用できる。【００２６】  電極対を構成する棒状電極の素材については、先の実施例ではステンレスの棒材を用いているが、ステンレス材の他に、亜鉛、銅、または亜鉛や銅合金を除く殆どの金属材を用いることができ、プラスチック棒状材の周面に金属コーティングを施したものも利用できる。さらに、電極対を構成する棒状電極の形状については、円柱状、円筒状、楕円柱状、楕円筒状などの何れであっても良い。【００２７】  図１，２の実施例に示した電気流体力学ポンプでは、採用している電極対ユニットが、特許文献１，２に示されるような非対称電極対ではなく対称電極対となっているので、ポンピング作動流体の流動発生メカニズムが全く異なる。すなわち、ポンピ��グ作動流体に電界を作用させると、ポンピング作動流体中に解離イオンが生成されるが、正イオンと負イオンが等分子量で切れず、分子量の小さい負イオンと比較的分子量の大きい正イオンに解離する。そして、特にフッ素を含んでいるポンピング作動流体では、フッ素と結合した部分が負イオンになり易い。他方、正イオンと電気的には等量となるが、分子量に大きな相違が生ずる結果、正イオンと負イオンではその移動度に大きな差異が生じる。そのため電極対に直流の高電圧が印加されると、分子量が小さく移動度の大きい負イオンが集中的に正電極側へ向かって周辺の中性分子を巻き込みながら移動し、正電極近傍に速やかにヘテロチャージ層が形成される。一方、負電極側では解離した正イオンの分子量が大きく移動度も小さいため、ヘテロチャージ層が形成され難く、両電極下でアンバランスなヘテロチャージ層が形成されるに至る。すなわち、負イオンの大きな移動度に加え、正電極側に形成されたヘテロチャージ層により、負イオンが正電極との間でクーロン力を受けて、正電極に向かう流動が生じる結果、負イオンの移動がより加速され、大きな流動圧力が生じる。そして、この原理に基づけば、従来のような非対称電極対を用いる必要はなく、この発明に係る対称電極構成でも、十分大きな流動圧力を発生させることができる。またこの発明に係るＥＨＤポンプでは、図１，２に示す電極対ユニットにおいては、ポンピング作動流体の流れに対し抵抗を及ぼす突起物などが無いので、ポンピング作動流体を効率的に圧送することができる。また、図１，２中に示すメッシュ状電極対においても、流動に対してメッシュ状電極対は殆ど抵抗とならない。従来は電極構造を非対称、特に正電極側で高電界を生ずるような電極構造とする工夫を施すことにより正、負電極近傍でアンバランスなヘテロチャージ層を形成し、強電界電極方向への純伝導ポンピングに基づく流動圧力を生じさせていた。本願発明では、上述したように電極構造の非対称性ではなく対称電極構成でも、解離した正、負イオンの移動度の違いにより生ずるアンバランスなヘテロチャージ層を形成し、正電極近傍に現れる強電界で純伝導ポンピングに基づく流動を起こさせたものである。【００２８】  尚、図１，２に示した各間隔を、Ｓ１＝３ｍｍ、Ｓ３＝３ｍｍとしているが、これより狭く選定すると、間隙部分で生じる電界が高まり、正イオンの移動も促進される傾向となり全体として流動が相殺されて好ましくない。一方、間隔を広げすぎると電界が弱まって負イオンの移動が減速されるので好ましくない。また、電極対間の間隔Ｓ２＝４ｍｍとしているが、この間隔が狭すぎると流体の流動抵抗が増え、また広すぎるとユニット間の影響力が低下し流動に対する協働現象も低下し適当ではない。さらに、電極対ユニットと他の電極対ユニットとの間隔Ｓ４＝１５ｍｍとしているが、この間隔が狭すぎると逆方向電界が強まり流動を妨げるので好ましくない。一方これを広げ過ぎると、流体流入口付近にセットした電極対ユニットが大型化され、また、電極対ユニットから送出された流体の流動に対する抵抗が増大する傾向となり好ましくない。また、図１，２に示したポンプユニットを直列接続、または並列接続することによりポンプ能力が比例的に高まるので、必要に応じて容易に所定のポンプ圧力を設定できる。【００２９】  図３は、図１，２に示した実施例のＥＨＤポンプにおけるポンピング圧力特性を示すものである。すなわち、図２に示すように、棒状正電極１，３ならびにメッシュ状正電極６と、棒状負電極２，４ならびにメッシュ状正電極７の間に、直流高電圧を印加して、その印加電圧の値を幅広く変化させると、印加電圧の増減に伴って、図３の曲線Ｇ３１で示されるようにポンピング作動流体のポンピング圧力が変化し、最大１８ｋＶの直流電圧を印加したところ、流体送出口１３から最大３．２ｋＰａのポンピング圧力でポンピング作動流体が送出口１３から噴出した。その際の印加電圧に対するポンピング圧力の変化を図３のグラフＧ３１が示している。そして、直流印加電圧を１８ｋＶにした状態で、メッシュ状電極６，７間の間隔Ｓ３のみを３ｍｍから４ｍｍへ拡げたところ、最大ポンピング圧力は１８ｋＶの印加電圧の下で２ｋＰａに低下した。次に、そのポンプケースの内側幅Ｗ１を２０ｍｍから１５ｍｍに縮めたところ、最大ポンピング圧力は更に低下し、１．９ｋＰａとなった。そこでメッシュ状電極６，７の間の間隔を４ｍｍから３ｍｍに変更した結果、最大ポンピング圧力は再び２．５ｋＰａまで上昇した。【００３０】  図４ならびに図５は、この発明の第二の実施例としたＨＤポンプの骨子構造を示すもので、図４は同ＥＨＤポンプの縦断正面図、図５は同ＥＨＤポンプの縦断側面図である。図４，５において、Ｃ４はポンプケースで、ポンピング作動流体の流入口４１と送出口４２を設けている。ポンプケースＣ４の内部は、隔壁４２，４３で区分されて、蛇行状の流体流路４５が形成され、その流体流路４５を、ポンピング作動流体が流通する。Ｕ１は図１，２に示したと同じタイプの複合電極対ユニットで、円柱状の棒状正電極１，３ならびに棒状負電極２，４から成る棒状電極対群と、メッシュ状正電極ならびにメッシュ状負電極から成るメッシュ状電極対が縦列配置されたものである。そして、複数の複合電極Ｕ１がポンプケース内の蛇行状流体流路中に縦列に配設されている。ポンピング作動流体の中に浸漬される。図４，５に示した実施例では、９個の複合電極対ユニットＵ１が蛇行縦列状態で配設されている。そして言うまでも無く、流体流路４５を流れるポンピング作動流体は個々の複合電極対ユニットＵ１でポンピング作動流体を圧送するので、ポンピング作動流体はポンプケ−スＣ４で９段にわたって加圧され加速されるので、流体流路４５を通り抜けたポンピング作動流体は、極めて高い突出圧力をもって送出口から噴出する。図５、図６、図７はそれぞれ図４，５に示すＥＨＤポンプのポンピング圧力特性、ポンプ電流特性ならびに経過時間に対する安定性の特性を示すものである。【００３１】  図４，５に示した電気流体力学ポンプについて、ポンピング圧力を計測した結果が図６に示されている。図６に示すように、１８ｋＶの最大電圧印加時にポンピング圧力は約２５ｋＰａに達した。図６において、曲線Ｇ６１，Ｇ６２，Ｇ６３，Ｇ６４は、それぞれポンピングユニットを１段、３段、６段、９段の場合を示しており、ポンピングユニットの段数の増加に比例してポンピング圧力が増大したことが分かる。一方、電源から供給される全電流は、図７の曲線Ｇ７１，Ｇ７２，Ｇ７３，Ｇ７４に示すように変化した。そして、１６ｋＶ印加時で、電流は、最大でも２００μＡ弱、消費電力は約４Ｗであった。次に、各種の電極構成に対するポンピング圧力の経時安定性について評価した結果を図８に示している。同図中の曲線Ｇ８１，Ｇ８２，Ｇ８３は、それぞれ（イ）丸棒並列配置電極対ユニットと平行平面メッシュ電極対ユニットで構成された９段ポンプユニット、（ロ）まったく同じ２組の平行平面メッシュ電極対ユニットのみで構成された９段ポンプユニット、および（ハ）まったく同じ２組の丸棒並列配置電極対ユニットのみで構成された９段ポンプユニットの各々におけるポンピング圧力の経時安定性を示す。中でも（イ）の丸棒並列配置電極対ユニットと平行平面メッシュ電極対ユニットで構成された９段ポンプユニットが最も高いポンピング圧力を実現し、３時間経過後においても該圧力は低下することなく維持され優れた経時安定性を示した。【００３２】  図９，１０はこの発明に係る第三の実施例を示すもので、前記図１，２の第一の実施例で縷々説明したところからも明らかなように、棒状電極１，２；３，４でのみ構成した棒状電極対ユニットＵ１を基本電極対ユニットとして、その２個の棒状電極対ユニットＵ１を、たがいの間に間隔Ｓ１を置いて連設したものであり、図１１はその電極対ユニッロのポンピング圧力特性を示すものである。【００３３】  図１２，１３はこの発明の第四の実施例を示すもので、先の図９，１０に示した棒状電極対から成る電極対ユニットを、ポンプケースの内部に隔壁板１３３で区分して形成されたＵ字上の流体流路に配設した例を示している。そして、図１４はその電極対ユニットのポンピング圧力特性を示すものである。【００３４】  さらに図１５，１６は、この発明の第五の実施例を示すもので、先の図９，１０に示し２組の電極対ユニットにおいて棒状電極対の方向を、９０度向きを変えて設定したものである。
ポンプケースの内部に隔壁板１３３で区分して形成されたＵ字上の流体流路に配設した例を示している。そして、図１７はその電極対ユニットのポンピング圧力特性を示すものである。【００３５】  さらに図１８，１９は、この発明の第六の実施例を示すもので、先の図９，１０に示し基本的な２組の電極対ユニットにおいて正電極の径を負電極の径より大きくしたものである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】  この発明に係る電気流体力学ポンプは、可動機構がない上にポンピング作動流体の流れ方向に大きな流路抵抗となる電極群が存在しないことから、気になる摩擦音や振動音が生ずることなく大きな圧力ヘッドが得られ、また電極対ユニットの構造が単純端正であることから、製造コストも抑えることができるので、従来用いられてきた機械式ポンプの幅広い用途に適用することができる。更に使用目的に応じて、この発明に係る複数のＥＨＤポンプユニットを直列（カスケード）に設置して運転することによって、大きなポンピング圧力を容易に得ることができることに加え、この発明に係るポンプユニットを並列に設置して運転することによって、大流量ポンプの機能を容易に得ることもできる。この発明に係るＥＨＤポンプは、上記のような特長を備えていることから、各種の産業分野における各種の使用目的に適うポンプとして、その利用の可能性は極めて大きいと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第一の実施例を示す電気流体力学ポンプの縦断正面図
【図２】同電気流体力学ポンプの縦断側面図
【図３】図１，２に示す電気流体力学ポンプのポンピング圧力特性図
【図４】本発明の第二の実施例を示す電気流体力学ポンプの縦断正面図
【図５】同電気流体力学ポンプの縦断側面図
【図６】図４，５に示す電気流体力学ポンプのポンピング圧力特性図
【図７】図４，５に示す電気流体力学ポンプの印加電圧−電流特性図
【図８】図４，５に示す電気流体力学ポンプにおけるポンピング圧力の経過時間特性図
【図９】本発明の第三の実施例を示す電気流体力学ポンプの縦断正面図
【図１０】同電気流体力学ポンプの縦断側面図
【図１１】図９，１０に示す電気流体力学ポンプのポンピング圧力特性図
【図１２】本発明の第四の実施例を示す電気流体力学ポンプの縦断正面図
【図１３】同電気流体力学ポンプの縦断側面図
【図１４】図１２，１３に示す電気流体力学ポンプのポンピング圧力特性図
【図１５】本発明の第五の実施例を示す電気流体力学ポンプの縦断正面図
【図１６】同電気流体力学ポンプの縦断側面図
【図１７】図１４，１５に示す電気流体力学ポンプのポンピング圧力特性図
【図１８】本発明の第六の実施例を示す電気流体力学ポンプの縦断正面図
【図１９】同電気流体力学ポンプの縦断側面図
【図２０】図１８，１９に示す電気流体力学ポンプのポンピング圧力特性図
【図２１】従来の電気流体力学ポンプの特徴を示す同ポンプの縦断面図
【図２２】従来の他の電気流体力学ポンプの特徴を示す同ポンプの縦断面図
【符号の説明】
【００３９】１：棒状正電極
２：棒状負電極
３：棒状正電極
４：棒状負電極
５：直流高電圧電源
６：平板形のメッシュ状正電極
７：平板形のメッシュ状負電極
１３：ポンピング作動流体の送出口
１４：ポンピング作動流体
１５：ポンピング作動流体の流入口
Ｃ１，Ｃ４，Ｃ１２，Ｃ１８：ポンプケース
Ｄ１：棒状正電極の直径
Ｄ２：棒状正電極の直径
Ｄｂ：大径棒状正電極の直径
Ｄｓ：小径棒状負電極の直径
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４  Ｓ５，Ｓ６：間隔
Ｕ１：棒状電極対ユニット
Ｕ２：複合重畳電極対ユニット
Ｕ３：重合
【図１】
2010063342.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１８】
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【図１９】
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【図１７】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年11月27日(2008.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電界を作用させると解離イオンが生成される液体をポンピング作動流体として、そのポンピング作動流体中に、正電極と負電極を対向させて成る電極対を配設し、その電極対に直流高電圧を印加して生ずる正・負電極間の電界によって、ポンピング作動流体を、負電極側から正電極側へ流動させ圧送する電気流体力学ポンプに関するもので、特に、電気流体力学ポンプに適合する電極対の構成、複数の電極対を備えてポンプケース内に配設される電極対ユニットの構成、ならびに、電極対ユニットのポンプケース内における配設構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
古くから使用されてきた機械式ポンプ、すなわち回転羽根あるいは往復動ピストンを用いて流体を送り出すポンプでは、羽根やピストンの動きによって振動や摩擦が生じ、その振動や摩擦に伴って振動音や摩擦音や摩擦熱が発生することから、機械式ポンプに替わる電気流体力学ポンプンプ（electro-hydro-dynamics-pump）（「ＥＨＤポンプ」と略す ）の実用化に向けた研究開発が進んでいる。そして、ＥＨＤポンプの電極構成に関しては、既に、特開２００３−２８４３１６号公開特許公報（特許文献１）や、特開２００８−１４１８７０号公開特許公報に示されるような提案がなされている。
【特許文献１】特開２００３−２８４３１６号公開特許公報
【特許文献２】特開２００８−１４１８７０号公開特許公報
【０００３】
上記の特許文献１に示されるＥＨＤポンプの骨子構造は図２１に示す通りで、縦長のリング状正電極２１１と、そのリング状正電極２１１の内径より小さい外径の円柱状負電極２１２を、両電極の中心軸長手方向にずらせて、正・負両電極２１１，２１２の端部を対向させた電極対をポンプケース２１３内に装着し、ポンピング作動流体２１４（電界が加わると液体中にプラス・イオンとマイナス・イオンが解離して現われる性質の液体）をそのポンプケース２１３内に流通させ、円柱状負電極２１２側からリング状正電極２１１側へ圧送するものである。すなわち、リング状正電極２１１と円柱状負電極２１２の間に、直流高電圧電源２１５から直流高電圧を印加すると、リング状正電極２１１と円柱状負電極２１２の間に生ずる電界によって、リング状正電極２１１および円柱状負電極２１２の近傍にあるポンピング作動流体２１４中に解離イオンが生成され、電極界面にヘテロチャージ層が形成される。その結果、ヘテロチャージ層の解離イオンと電極の間に生じるクーロン力によって、ポンピング作動流体２１４が、図中の矢印に示すような流れとなって圧送され、ポンプケース２１３の外に向かって噴出する。しかし上記のような電極対の構造では、リング状正電極２１１と円柱状負電極２１２を同軸長手方向にずらせて両電極の端部を対向させた非対称電極対であり、その電極対の塊をポンプケース２１３内の流体流路中に置くことから、ポンプケース２１３内に形成される流体流路の流路抵抗が大きくなり、また、リング状正電極２１１と円柱状負電極２１２を同軸長手方向にずらせて対向させた状態でポンプケース２１３内に納める構成は、製造コストが嵩む難点があった。
【０００４】
また、特許文献１に示されるＥＨＤポンプの電極対構造の難点を改善するために、特許文献２（特開２００８−１４１８７０公開特許公報）に示されるＥＨＤポンプが提案されている。特許文献２で提案されているＥＨＤポンプは、図２２に示すように、円錐筒状の金属テーパー管電極２２１の小径端221aに、電気絶縁管２２３を介して、金属棒電極２２２の一端を支持して、金属テーパー管電極２２１の中心軸に沿って金属棒電極２２２を配設したもので、その金属棒電極２２２において、金属テーパー管電極２２１の小径端221aに近い箇所から電気絶縁管２２３内に亘る部分を金属露出部222aとし、他の部分を電気絶縁被膜被覆部222bとして、金属棒電極２２２を金属テーパー管電極２２１で囲い、金属テーパー管電極２２１と金属棒電極２２２の間を流体流路２２４としている。そして、流体流路２２４に、電界を作用させると解離イオンが生成されるポンピング作動流体２２５を流入させ、図中の矢印に示す方向に圧送するものである。すなわち、金属テーパー管電極２２１と金属棒電極２２２の間に、直流高電圧電源２２６から直流高電圧が印加されると、金属テーパー管電極２２１と金属棒電極２２２との間に生ずる電界によって、ポンピング作動流体２２５中に解離イオンが生成され、ポンピング作動流体２２５が、図中矢印に示す方向に圧送されるものである。なお、θは金属テーパー管電極２２１のテーパー開き角度である。このような円錐筒状の金属テーパー管電極２２１の中心軸上に金属棒電極２２２を配した電極対を用いるＥＨＤポンプでは、ポンピング作動流体２２５の流れが、金属テーパー管電極２２１ならびに金属棒電極２２２の中心軸に極めて接近して生じることから、ポンピング作動流体２２５対する流路抵抗が低減される効果が得られるが、他方、電極対の外径がテーパー開き角度θに依存し、そのテーパー開き角度θがθ＝６０°において最大の流体送出圧力が得られることから、電極対の外径を小さくしてＥＨＤポンプの小型化を図ることは、テーパー開き角度θの設定面からの制約がある。したがって、特許文献２に示されるＥＨＤポンプの電極対構造も、基本的には嵩張る構造であって、製造コストの低減も容易でない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は、上記のような従来のＥＨＤポンプにおける難点に鑑み、ＥＨＤポンプにおいて要となる電極対の構造ならびに電極対ユニットの構造、すなわち、電極対を構成する正電極ならび負電極の相互関係構造や、電極対の組み合わせから成る電極対ユニットの構造を改良することにより、ＥＨＤポンプの小型化と製造コストの低減を図り、また、ポンプケース内における電極対ユニットの構成を変えることにより、ポンピング能力を容易に増大させ、あるいは容易に調整できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題・目的を達するために、この発明のＥＨＤポンプでは、形状・構造が極めて単純・簡単で扱い易い棒状電極対を用いることを基本とし、複数の同種の棒状電極対を配置した電極対ユニットの構成・構造を改良することにより、あるいは、棒状電極対と他の異種電極対（例えば、平板形のメッシュ状正電極とメッシュ状負電極を対向させたメッシュ状電極対など）との併用構成を採ることにより、電極対ユニット、ならびに、電極対ユニットが組み込まれるＥＨＤポンプの小型化、コスト低減をはかりながら、ポンピング能力を向上させる。
【０００７】
また、ポンプケース内の流体流路に組み込む電極対ユニットの構成に関して、棒状正電極と棒状負電極を対にした棒状電極対を複数用い、その各棒状電極対の正電極同士、負電極同士が間隔を置いて隣り合うようにして並べた電極対ユニットとする。
【０００８】
また、ポンプケース内の流体流路に組み込む電極対ユニットの構成に関して、棒状正電極と棒状負電極から成る棒状電極対を備えた複数の電極対ユニットを、その各電極対ユニット間に間隔を置いて縦列に配置した重合電極対ユニットとする。
【０００９】
また、間隔を置いて互いに並行状態に保持され且つ相互間に直流高電圧が印加される棒状正電極ならびに棒状負電極から成る複数の棒状電極対が、その各棒状電極対の正電極同士ならびに負電極同士の間に間隔を置いて隣り合う状態で並置した棒状電極対群を、その各棒状電極対群の間に間隔を置いて、縦列に配した重合電極対ユニットとする。
【００１０】
そして、ＥＨＤポンプに関して見れば、電界を作用させると解離イオンが生成されるポンピング作動流体が流れるポンプケース内の流体流路に；間隔を置いて互いに並行状態に保持されて相互間に直流高電圧が印加される棒状正電極ならびに棒状負電極から成る少なくとも２対の棒状電極対に関して、その各棒状電極対の電極長手方向を、任意の交差角度で交差させた電極対ユニットを配置する。
【００１１】
また、電界を作用させると解離イオンが生成されるポンピング作動流体が流れるポンプケース内の流体流路に；棒状電極対との間に、間隔を置いて互いに並行状態に保持されて相互間に直流高電圧が印加される平板形のメッシュ状正電極ならびに平板形のメッシュ状負電極から成るメッシュ状電極対を、その棒状電極対とメッシュ状電極対の間に間隔を置いて縦列に配した複合電極対ユニットを配置する。
【００１２】
また、電界を作用させると解離イオンが生成されるポンピング作動流体が流れるポンプケース内の流体流路に；棒状正電極ならびに棒状負電極から成る複数の棒状電極対を、その各電極対の正電極同士ならびに負電極同士が間隔を置いて隣り合う状態で並置した棒状電極対群と；メッシュ状電極対を；その棒状電極対とメッシュ状電極対の間に間隔をおいて、縦列に配した複合電極対ユニットを配置する。
【００１３】
さらにまた、複数の同種または異種の電極対ユニットを、流体流路において、縦列または／および並列に配設する。
【００１４】
さらにまた、棒状正電極の径を棒状負電極の径より大きく設定して、ポンピング能力を高める。
【００１５】
さらにまた、対を成す正電極と負電極の間に直流高電圧を印加することによってその正電極と負電極の間に生ずる電界の強さを、10７v/mを超えない範囲に設定する。
【発明の効果】
【００１６】
そして、本発明に係る上記のような技術手段をＥＨＤポンプに適用することにより、ＥＨＤポンプの要となる電極対ユニットの形態が対称電極対で単純端正になることから、電極対ユニットが配置されたポンプケース内におけるポンピング作動流体の流路の流路抵抗を小さく抑えることができ、ＥＨＤポンプの小型化と製造コストの低減を図ることができる上に、必要に応じてポンプケース内の電極対ユニットの数や配列を変えることにより、ポンピング能力の増大や調整を容易に行なえるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
この発明の最良の実施形態の一つは、円柱状あるいは楕円柱状あるいは円筒状あるいは楕円筒状の棒状で相互間に直流高電圧が印加される棒状正電極と棒状負電極とが対を成して並行状態に配置された棒状電極対が、その同極性の電極が間隔をもって隣り合う状態で、複数対並置して成る棒状電極対と、並行状態で対向し相互間に直流高電圧が印加されるメッシュ状電極対とを、その棒状電極対とメッシュ状電極対の間に間隔を置いて、各電極対の極性がポンピング作動流体の流れ方向に直列配置となる状態に連設した電気流体力学ポンプ用電極対ユニットである。
【００１８】
この発明の最良の実施形態の他の一つは、電界を作用させると解離イオンが生成される液体をポンピング作動流体として満たすポンプケースの流体流路内に、
円柱状あるいは楕円柱状あるいは円筒状あるいは楕円筒状の棒状で相互間に直流高電圧が印加される棒状正電極と棒状負電極とが対を成して並行状態に配置された棒状電極対が、その同極性の電極が間隔をもって隣り合う状態で複数対並置されて成る棒状電極対と、並行状態に対向し且つ相互間に直流高電圧が印加される平板形のメッシュ状電極対とを、その棒状電極対とメッシュ状電極対の間に間隔を置いて縦列に配して成る複合電極対ユニットを、複数ユニット、前記ポンプケース内の上下方向、前後方向、左右方向の少なくとも一つの方向に縦列または／および並列に配設してポンピング作動流体中に浸漬させ、それら各電極対の極性がポンピング作動流体の流れ方向に直列配置となる状態に連設した電気流体力学ポンプである。
【実施例】
【００１９】
以下、この発明に係る電気流体力学ポンプ（ＥＨＤポンプ）と、その電気流体力学ポンプに用いる電極対ユニットについて、図面に示す実施例を参考に説明する。
【００２０】
図１ならびに図２は、この発明の第一の実施例としたＥＨＤポンプの骨子構造を示すもので、図１は同ＥＨＤポンプの縦断正面図、図２は同ＥＨＤポンプの縦断側面図である。図１，２において、１，３はそれぞれ金属の円柱状の棒状正電極、２，４は、それぞれ棒状正電極１，３と同質同形の円柱状の棒状負電極である。棒状正電極１と棒状負電極２は間隔S1を置いて並行状態で対向し、１対の棒状電極対を形成している。また、棒状正電極３と棒状負電極４も、間隔S1を置いて並行状態で対向し、他の１対の棒状電極対を形成している。なお、D1は棒状正電極１，３の直径、D2は棒状負電極２，４の直径を示しているが、図１，２に示す実施例では、棒状正電極１，３および棒状負電極２，４の直径を同径（D1=D2）に設定している。また図２に示すように、棒状正電極１ならびに棒状負電極２から成る電極対と、棒状正電極３ならびに棒状負電極４から成る電極対は、両電極対の棒状正電極１，３同士、ならびに棒状負電極２，４同士が、間隔S2を置いて隣り合う状態で並列状態に並置されて棒状電極対群を形成している。また図２に示すように、棒状正電極１，３と棒状負電極２，４の間に、直流高電圧電源５から直流高電圧が印加される。そして、棒状正電極１，３および棒状負電極２，４によって棒状電極対ユニットU1が構成されている。
【００２１】
６，７は、それぞれ平板形のメッシュ状正電極ならびにメッシュ状負電極で、メッシュ状正電極６とメッシュ状負電極７は、間隔S3を置いて並行状態で対向してメッシュ状電極対を形成し、メッシュ状正電極６とメッシュ状負電極７の間にも直流高電圧電源５から直流高電圧が印加される。更に、メッシュ状正電極６とメッシュ状負電極７から成るメッシュ状電極対は、前記の棒状電極対ユニットU1との間に間隔S4を置いて、棒状正電極１，３および棒状負電極２，４から成る棒状電極対ユニットU1と縦列に配置されて、棒状電極対とメッシュ状電極対とが複合した複合電極対ユニットU2を形成している。メッシュ状正電極６とメッシュ状負電極７から成るメッシュ状電極対が、棒状正電極１，３および負電極２，４から成る棒状電極対ユニットU1に対して電極極性が直列配列となって、ポンピング作動流体の流れ方向（図１，図２中の矢印方向）に連なって配置されている。
【００２２】
C1はポンプケースで、上面板８、側面板９，１０、前面板１１および背面板１２で形成され、ポンプケースC1の上端にポンピング作動流体の送出口１３を備え、ポンプケースC1の下端部を、ポンピング作動流体１４の流入口１５としている。W1、W2、h1は、それぞれ、ポンプケースC1の内部の幅、奥行、高さを示している。ポンプケースC1の内部は、ポンピング作動流体１４の流体流路となっており、ポンプの稼動中は、ポンプケースC1内の流体流路中に設置された複合電極対ユニットU2はポンピング作動流体中に浸漬した状態にあって、その状態で棒状正電極１，３と棒状負電極２，４から成る棒状電極対群、ならびに、メッシュ状正電極６とメッシュ状負電極７から成るメッシュ状電極対に直流高電圧が印加されると、流入口１５から吸入されたポンピング作動流体１４は、メッシュ状電極対のメッシュ状正電極６とメッシュ状負電極７の間に生じた電界の作用を受けて、メッシュ状負電極７側からメッシュ状正電極６側へ圧送され、メッシュ状電極対を通過してポンプアップされて圧力が高まったポンピング作動流体１４は、更に棒状正電極１，３、棒状負電極２，４から成る棒状電極対群には入って、棒状正電極１，３と、棒状負電極２，４の間に生じた電界の作用を受けて、棒状負電極２，４側から、棒正電極１，３側へ圧送され、メッシュ状電極対と棒状電極対ユニットU1で２段にポンプアップされたポンピング作動流体１４が、送出口１３からジェット流となって噴出するものである。
【００２３】
なお因みに、ポンプケースC1は電気絶縁材料で形成され、その上面板８、前面板１１、背面板１２は板厚３mmの塩ビ板を用い、側面板９，１０は板厚５mmのベークライト板を用いている。また、ポンプケースC1の内容積は、幅W1=20mm×奥行W2=24mm×高さh1=53mmとしている。また、棒状正電極１，３の直径D1と棒状負電極２，４の直径D2は、D1=D2=6mmとし、棒状正電極１，３と棒状負電極２，４の間の間隔S1、棒状正電極間ならびに棒状負電極間の間隔S2、メッシュ状正６とメッシュ状負電極７の間隔S3、棒状電極対群とメッシュ状電極対群の間の間隔S4等については、それぞれ、間隔S1=3mm、間隔S2=4mm、間隔S3=3mm、間隔S4=13mmに設定している。
【００２４】
ポンピング作動流体１４には、２−３ジヒドロデカフルオロペンテン（2,3-Dihydrodecafluoropenten）（「ＨＦＣ４３−１０」と略す）（商品名：バートレル）を用いているが、ＨＦＣ４３−１０に限らず、公知のフッ素系溶媒、例えばＦＣ−８７，ＦＣ−７２、ＦＣ−８４、ＦＣ―７７、ＦＣ―３２５５，ＦＣ−３２８３、ＦＣ−４０、ＦＣ−４３、ＦＣ―７０、ＦＣ―５３１２、２１Ｆ、２１Ｆ―１，２１Ｆ―３、２１Ｆ―５、２１Ｆ−６、２１Ｃ―１０１などが利用できる。なお、本願出願の中に示した他の実施例においても、ポンピング作動流体としてＨＦＣ４３−１０」を用いている。
【００２５】
ポンプケースC1の材料としては、ポンピング作動流体１４と接しても溶解、溶出などによる破損が生じない材料、例えば、テフロン（登録商標）、セルロース、バイトン、エチレン/アクリル、フッ素化シリコンなどを除き、フェノール樹脂/ホルムアルデヒト（ベークライト）、ポリカーボネート、あるいは塩化ビニール系樹脂など、フッ素系溶媒に腐蝕されない電気絶縁材料であれば殆どのプラスチックが利用できる。また、フッ素系溶媒に対する耐蝕コーティングを施した樹脂系絶縁材料なども使用できる。
【００２６】
電極対を構成する棒状電極の素材については、先の実施例ではステンレスの棒材を用いているが、ステンレス材の他に、亜鉛、銅、または亜鉛や銅合金を除く殆どの金属材を用いることができ、プラスチック棒状材の周面に金属コーティングを施したものも利用できる。さらに、電極対を構成する棒状電極の形状については、円柱状、円筒状、楕円柱状、楕円筒状などの何れであっても良い。
【００２７】
図１，２の実施例に示した電気流体力学ポンプでは、採用している電極対ユニットが、特許文献１，２に示されるような非対称電極対ではなく対称電極対となっているので、ポンピング作動流体１４の流動発生メカニズムが全く異なる。すなわち、ポンピング作動流体１４に電界を作用させると、ポンピング作動流体中に解離イオンが生成されるが、正イオンと負イオンが等分子量で切れず、分子量の小さい負イオンと比較的分子量の大きい正イオンに解離する。そして、特にフッ素を含んでいるポンピング作動流体では、フッ素と結合した部分が負イオンになり易い。他方、正イオンと電気的には等量となるが、分子量に大きな相違が生ずる結果、正イオンと負イオンではその移動度に大きな差異が生じる。そのため電極対に直流の高電圧が印加されると、分子量が小さく移動度の大きい負イオンが集中的に正電極側へ向かって周辺の中性分子を巻き込みながら移動し、正電極近傍に速やかにヘテロチャージ層が形成される。一方、負電極側では解離した正イオンの分子量が大きく移動度も小さいため、ヘテロチャージ層が形成され難く、両電極下でアンバランスなヘテロチャージ層が形成されるに至る。すなわち、負イオンの大きな移動度に加え、正電極側に形成されたヘテロチャージ層により、負イオンが正電極との間でクーロン力を受けて、正電極に向かう流動が生じる結果、負イオンの移動がより加速され、大きな流動圧力が生じる。そして、この原理に基づけば、従来のような非対称電極対を用いる必要はなく、この発明に係る対称電極構成でも、十分大きな流動圧力を発生させることができる。またこの発明に係るＥＨＤポンプでは、図１，２に示す電極対ユニットにおいては、ポンピング作動流体１４の流れに対し抵抗を及ぼす突起物などが無いので、ポンピング作動流体１４を効率的に圧送することができる。また、図１，２中に示すメッシュ状電極対においても、流動に対してメッシュ状電極対は殆ど抵抗とならない。従来は電極構造を非対称、特に正電極側で高電界を生ずるような電極構造とする工夫を施すことにより正、負電極近傍でアンバランスなヘテロチャージ層を形成し、強電界電極方向への純伝導ポンピングに基づく流動圧力を生じさせていたが、本願発明では、上述したように電極構造は非対称性ではなく、対称電極構成でも、解離した正、負イオンの移動度の違いにより生ずるアンバランスなヘテロチャージ層を形成し、正電極近傍に現れる強電界で純伝導ポンピングに基づく流動を起こさせたものである。
【００２８】
尚、図１，２に示した各間隔を、S1=3mm、S3=3mmとしているが、これより狭く選定すると、間隙部分で生じる電界が高まり、正イオンの移動も促進される傾向となり全体として流動が相殺されて好ましくない。一方、間隔を広げすぎると電界が弱まって負イオンの移動が減速されるので好ましくない。また、電極対間の間隔S2=4mmとしているが、この間隔が狭すぎると流体の流動抵抗が増え、また広すぎるとユニット間の影響力が低下して流動に対する協働現象も低下し適当ではない。さらに、電極対ユニット間の間隔S4=15mmとしているが、この間隔S4が狭すぎると逆方向電界が強まり流動を妨げるので好ましくない。一方、間隔S4を広げすぎると、ポンピング作動流体の流入口１５付近にセットした電極対ユニットが大型化され、また、電極対ユニットから送出された流体の流動に対する抵抗が増大する傾向となり好ましくない。また、図１，２に示したポンプユニットを直列接続、または並列接続することによりポンプ能力が比例的に高まるので、必要に応じて容易に所定のポンプ圧力を設定できる。
【００２９】
図３は、図１，２に示した実施例のＥＨＤポンプにおけるポンピング圧力特性を示すものである。すなわち、図２に示すように、棒状正電極１，３ならびにメッシュ状正電極６と、棒状負電極２，４ならびにメッシュ状正電極７の間に、直流高電圧を印加して、その印加電圧の値を幅広く変化させると、印加電圧の増減に伴って、図３の特性曲線G31で示されるようにポンピング作動流体のポンピング圧力が変化し、最大１８ｋＶの直流電圧を印加したところ、流体送出口１３から最大３．２ｋＰａのポンピング圧力でポンピング作動流体が送出口１３から噴出した。その際の印加電圧に対するポンピング圧力の変化を図３の特性曲線G31が示している。そして、直流印加電圧を１８ｋＶにした状態で、メッシュ状電極６，７間の間隔S3のみを３ｍｍから４ｍｍへ拡げたところ、最大ポンピング圧力は１８ｋＶの印加電圧の下で２ｋＰａに低下した。次に、そのポンプケースの内側幅Ｗ１を２０ｍｍから１５ｍｍに縮めたところ、最大ポンピング圧力は更に低下し、１．９ｋＰａとなった。そこでメッシュ状電極６，７の間の間隔S3を４ｍｍから３ｍｍに変更した結果、最大ポンピング圧力は再び２．５ｋＰａまで上昇した。
【００３０】
図４ならびに図５は、この発明の第二の実施例としたＥＨＤポンプの骨子構造を示すもので、図４は同ＥＨＤポンプの縦断正面図、図５は同ＥＨＤポンプの縦断側面図である。図４，５において、C4はポンプケースで、ポンピング作動流体の流入口４１と送出口４２を設けている。ポンプケースC4の内部は、隔壁４３，４４で区分されて、蛇行状の流体流路４５が形成され、その流体流路４５を、ポンピング作動流体が流通する。U2は図１，２に示したと同じタイプの複合電極対ユニットで、円柱状の棒状正電極１，３ならびに棒状負電極２，４から成る棒状電極対群と、メッシュ状正電極６ならびにメッシュ状負電極７から成るメッシュ状電極対が縦列配置されたものである。そして、複数の複合電極対ユニットU1がポンプケース内の蛇行状の流体流路４５中に縦列に配設され、ポンピング作動流体の中に浸漬される。図４，５に示した実施例では、９個の複合電極対ユニット      U2が蛇行縦列状態で配設されている。そして言うまでも無く、蛇行状の流体流路４５を流れるポンピング作動流体は個々の複合電極対ユニットU2でポンピング作動流体を圧送するので、ポンピング作動流体はポンプケ−スC4内で９段にわたって加圧され加速され、蛇行状の流体流路４５を通り抜けたポンピング作動流体は、極めて高い突出圧力をもって送出口４２から噴出する。図６、図７、図８はそれぞれ図４，５に示すＥＨＤポンプのポンピング圧力特性、ポンプ電流特性ならびに経過時間に対する安定性の特性を示すものである。
【００３１】
図４，５に示した電気流体力学ポンプについて、ポンピング圧力を計測した結果が図６に示されている。図６に示すように、１８kVの最大電圧印加時にポンピング圧力は約２５kPaに達した。図６において、特性曲線G61,G62,G63,G64は、それぞれポンピングユニット（複合電極対ユニットU2）を１段、３段、６段、９段の場合を示しており、ポンピングユニットの段数の増加に比例してポンピング圧力が増大したことが分かる。一方、電源から供給される全電流は、図７の特性曲線G71,G72,G73,G74に示すように変化した。そして、１６kV印加時で、電流は、最大でも２００μA弱、消費電力は約４Wであった。次に、各種の電極構成に対するポンピング圧力の経時安定性について評価した結果を図８に示している。同図中の特性曲線G81,G82,G83は、それぞれ（イ）前記複合電極対ユニットU2で構成された９段ポンプユニット、（ロ）全く同じ２組の平行平面メッシュ電極対ユニットのみで構成された９段ポンプユニット、（ハ）全く同じ２組の丸棒並列配置電極対ユニットのみで構成された９段ポンプユニット、の各々におけるポンピング圧力の経時安定性を示す。中でも（イ）の丸棒並列配置電極対ユニットと平行平面メッシュ電極対ユニットで構成された９段ポンプユニットが最も高いポンピング圧力を実現し、３時間経過後においてもその圧力は低下することなく維持され優れた経時安定性を示した。
【００３２】
図９，１０はこの発明に係る第三の実施例のＥＨＤポンプを示すもので、前記図１，２の第一の実施例で縷々説明したところからも明らかなように、棒状電極１，２；３，４でのみ構成した棒状電極対ユニットU1を基本電極対ユニットとして、その２個の棒状電極対ユニットU1を、互いの間に間隔S6を置いて連設したものであり、図１１はその電極対ユニットのポンピング圧力特性を示すものである。
【００３３】
図１２，１３はこの発明の第四の実施例のＥＨＤポンプを示すもので、先の図９，１０に示した棒状電極対から成る棒状電極対ユニットU1を、ポンプケースC12の内部に隔壁板１３３で区分して形成されたＵ字状の流体流路に配設した例を示している。そして、図１４の特性曲線G14はそのＥＨＤポンプのポンピング圧力特性を示すものである。
【００３４】
さらに図１５，１６は、この発明の第五の実施例のＥＨＤポンプを示すもので、先の図９，１０に示したＥＨＤポンプ２組の棒状電極対ユニットU1において、両棒状電極対の長手方向を、９０度向きを変えて設定したものである。そして、図１７はその電極対ユニットのポンピング圧力特性を示すものである。
【００３５】
さらに図１８，１９は、この発明の第六の実施例のＥＨＤポンプを示すもので、先の図９，１０に示した基本的な２組の棒状電極対ユニットにおいて、棒状正電極１，３の径を棒状負電極２，４の径より大きくしたものである。    そして、棒状正電極１，３の径を棒状負電極２，４の径より大きくすることにより、図２０に見られるように、ポンピング圧力特性を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
この発明に係る電気流体力学ポンプは、可動機構がない上にポンピング作動流体の流れ方向に大きな流路抵抗となる電極群が存在しないことから、摩擦音や振動音が生ずることがない上に、大きな圧力ヘッドが得られ、また電極対ユニットの構造が単純端正であることから、製造コストも抑えることができるので、従来用いられてきた機械式ポンプの幅広い用途に適用することができる。更に使用目的に応じて、この発明に係る複数のＥＨＤポンプユニットを直列（カスケード）に設置して運転することによって、大きなポンピング圧力を容易に得ることができことに加え、この発明に係るポンプユニットを並列に設置して運転することによって、大流量ポンプの機能を容易に得ることもできる。したがって、この発明に係るＥＨＤポンプは、各種の産業分野における各種の使用目的に応じて幅広く適用可能で、各種産業における利用の可能性は極めて大きいと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第一の実施例を示す電気流体力学ポンプの縦断正面図
【図２】同電気流体力学ポンプの縦断側面図
【図３】図１，２に示す電気流体力学ポンプのポンピング圧力特性図
【図４】本発明の第二の実施例を示す電気流体力学ポンプの縦断正面図
【図５】同電気流体力学ポンプの縦断側面図
【図６】図４，５に示す電気流体力学ポンプのポンピング圧力特性図
【図７】図４，５に示す電気流体力学ポンプの印加電圧−電流特性図
【図８】図４，５に示す電気流体力学ポンプにおけるポンピング圧力の経過時間特性図
【図９】本発明の第三の実施例を示す電気流体力学ポンプの縦断正面図
【図１０】同電気流体力学ポンプの縦断側面図
【図１１】図９，１０に示す電気流体力学ポンプのポンピング圧力特性図
【図１２】本発明の第四の実施例を示す電気流体力学ポンプの縦断正面図
【図１３】同電気流体力学ポンプの縦断側面図
【図１４】図１２，１３に示す電気流体力学ポンプのポンピング圧力特性図
【図１５】本発明の第五の実施例を示す電気流体力学ポンプの縦断正面図
【図１６】同電気流体力学ポンプの縦断側面図
【図１７】図１４，１５に示す電気流体力学ポンプのポンピング圧力特性図
【図１８】本発明の第六の実施例を示す電気流体力学ポンプの縦断正面図
【図１９】同電気流体力学ポンプの縦断側面図
【図２０】図１８，１９に示す電気流体力学ポンプのポンピング圧力特性図
【図２１】従来の電気流体力学ポンプの特徴を示す同ポンプの縦断面図
【図２２】従来の他の電気流体力学ポンプの特徴を示す同ポンプの縦断面図
【符号の説明】
【００３８】
１：棒状正電極
２：棒状負電極
３：棒状正電極
４：棒状負電極
５：直流高電圧電源
６：平板形のメッシュ状正電極
７：平板形のメッシュ状負電極
１３：ポンピング作動流体の送出口
１４：ポンピング作動流体
１５：ポンピング作動流体の流入口
４１：流入口
４２：送出口
４３，４４：隔壁
４５：蛇行状の流体流路
１３３：隔壁板
C1, C4, C12, C18：ポンプケース 
D1：棒状正電極の直径
D2：棒状負電極の直径
Db：大径棒状正電極の直径
Ds：小径棒状負電極の直径 
S1, S2, S3, S4 S5, S6：間隔
U1：棒状電極対ユニット
U2：複合電極対ユニット