(57)【要約】  本発明は、第１の誘電率を有する少なくとも１つの第１の流体（３，４，５）と、第１の誘電率とは異なる第２の誘電率を有し、かつ、第１の流体（３，４，５）とは混ざらない、少なくとも１つの第２の流体（３，４，５）とを有する、少なくとも１つの熱交換媒体（２，６６）を搬送する方法および装置に関する。第１の流体（３，４，５）と第２の流体（３，４，５）との間には少なくとも１つの誘電性の境界面（１６）が形成されている。少なくとも１つの境界面（１６）は、この少なくとも１つの境界面（１６）に作用する送り出し力（２７’）を惹起する、送り出し方向に進むように励起される送り出し電界（１９）に晒される。
2011527175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の誘電率を有する少なくとも１つの第１の流体（３，４，５）と、前記第１の誘電率とは異なる第２の誘電率を有し、かつ、前記第１の流体（３，４，５）とは混ざらない、少なくとも１つの第２の流体（３，４，５）とを有する、少なくとも１つの熱交換媒体（２，６６）を搬送する方法において、
前記第１の流体（３，４，５）と前記第２の流体（３，４，５）との間には少なくとも１つの誘電性の境界面（１６）が形成されており、前記少なくとも１つの境界面（１６）に作用する送り出し力（２７’）を惹起する、送り出し方向に進むように励起される送り出し電界（１９）に前記少なくとも１つの境界面（１６）を晒すことを特徴とする、少なくとも１つの熱交換媒体（２，６６）を搬送する方法。
【請求項２】
第１の流体（３，４，５）として第１の液体を使用し、第２の流体（３，４，５）として、前記第１の液体の誘電率とは異なる誘電率を有する第２の液体を使用する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第１の流体（３，４，５）として第１の液体を使用し、第２の流体（３，４，５）として気体を使用し、例えば、該気体は前記第１の流体（３，４，５）の気相（３６）である、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
送り出されるべき前記熱交換媒体（２，６６）に作用する前記送り出し力（２７’）を、例えば、誘電率の異なる前記第１の流体（３，４，５）と前記第２の流体（３，４，５）との間の前記誘電性の境界面（１６）の領域において電極装置（１４）によって励起される電界（１９’）によって形成する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記熱交換媒体（２，６６）を、送り出し方向に進むように励起される送り出し電界（１９）に重畳されている静的な電界によって束ねるか、または、押し込む、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記送り出し電界（１９）を、電荷を送り出し方向（２７）にある電極装置（１４）の別の電極（７，８，９，１０，１１，１２，１３，３２，４９）に移動させることによって、送り出し方向に進むように励起する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
電界を励起する電極装置（１４）の容量を測定することによって、前記熱交換媒体（２，６６）における少なくとも１つの誘電性の境界面（１６）の位置を求め、少なくとも１つの誘電性の境界面（１６）の位置の時間的な変化から、少なくとも１つの流体セクション（３’，４’，５’）の流れ速度を検出する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記熱交換媒体（２，６６）に含まれる流体セクション（３’，４’，５’）のうちの少なくとも１つの流体セクションの温度を、測定された容量および少なくとも１つの別のパラメータ、例えば流体（３，４，５）の温度依存性に基づき求める、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記熱交換媒体（２，６６）に含まれる少なくとも１つの流体セクション（３’，４’，５’）の温度、流れ速度および比熱容量に基づいて熱流を求める、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
第１の誘電率を有する少なくとも１つの第１の流体（３，４，５）と、前記第１の誘電率とは異なる第２の誘電率を有し、かつ、前記第１の流体（３，４，５）とは混ざらない、少なくとも１つの第２の流体（３，４，５）とを有し、前記第１の流体（３，４，５）と前記第２の流体（３，４，５）との間に少なくとも１つの誘電性の境界面（１６）が形成されている少なくとも１つの熱交換媒体（２，６６）を搬送する装置において、
例えば送り出し方向（２７）において隣接している少なくとも２つの電極（７，８，９，１０，１１，１２，１３，３２，４９）から構成されている電極装置（１４）によって、送り出し電界（１９）が送り出し方向に進むように励起されることを特徴とする、少なくとも１つの熱交換媒体（２，６６）を搬送する装置。
【請求項１１】
前記熱交換媒体（２，６６）の送り出しを、所属の電極装置（１４）の中間空間に延在している流路（６，６０）において行う、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
外部電極（１２，１３，３２）は前記流路（６，６０）の閉じられた外壁（１２’，１３’，４０，４１）として構成されている、請求項１０または１１記載の装置。
【請求項１３】
別の電極（７，８，９，１０，１１，４９）は外部電極（１２，１３，３２）によって完全に包囲されており、前記外部電極（１２，１３，３２）および前記別の電極（７，８，９，１０，１１，４９）は相互に隔てられている、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
複数の電極（７，８，９，１０）のうちの少なくとも２つの電極は相互に隔てられた外部電極（１２，１３，３２）として構成されており、外部電極（１２，１３，３２）は相互に電気的に分離されており、かつ、絶縁性の外壁（４０，４１）に埋め込まれているか、外壁（４０，４１）の内面上に固定されている、請求項１０または１１記載の装置。
【請求項１５】
別の内部電極（７，８，９，１０，１１，４９）が前記流路（６，６０）の内側に配置されている、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記電極装置（１４）の各電極（７，８，９，１０，１１，１２，１３，３２，４９）には、独立して制御される電圧源を有する電圧制御装置（１７）または独立して制御される電荷源を有する電荷制御装置（２０）に対応付けられている、請求項１０から１５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１７】
前記電極装置（１４）は少なくとも１つの容量を測定する装置を有する、請求項１０から１６までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体媒体を搬送するための装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気的な構成素子群、電子的な構成素子群またはマイクロメカニカル構成素子群および集積回路を冷却するために、液体または気体の流体をターボポンプまたは容積式ポンプによって押し流して対流が形成されている。循環される流体は冷却すべき構成素子の小さい加熱された表面から熱を熱拡散によって吸収し、その熱を系の表面（通常は、構成素子群の良好な熱伝導性を有するケーシング）に設けられている薄い薄片またはリブの形状で大きい表面を有するヒートシンクに伝達する。外部表面を流れる媒体は好適に作用し、これは熱伝達に悪影響を及ぼす境界層効果を抑制する。
【０００３】
ポンプまたは送風機によって押し流される（強制的な）冷却媒体の循環は、熱拡散による受動的な熱伝送に比べて、高い構造的なコストが要求される。さらには、電気的または機械的な駆動出力が吸収され、これにより全体の損失出力が高まる。
【０００４】
高いクロックレートで動作する、出力段トランジスタおよび電圧変換器のような電力用素子、高集積化されたマイクロコンピュータ、また他のディジタル回路（ＡＳＩＣ）の冷却は、殊に、損失出力密度が高く、動作環境が熱的に好適でない場合には、容積式ポンプまたはターボポンプ（送風機）を用いて空気または水を循環させることによって提供される。水または空気以外にも、自動車の機関部分における電子的な制御装置または機関および伝動装置の制御装置の冷却には熱交換媒体として燃料またはオイルが使用される。
【０００５】
自動車構造における、例えば燃料の循環による電子的な機関制御装置の冷却は、管路、ポンプ、弁および熱交換機の長期にわたる耐久性および機密性に対してコスト的に高い要求を課す。通常の場合、冷却循環系から僅かな量の燃料が漏れるだけで電子機器は故障してしまう。
【０００６】
さらには、対流をそれ自体で維持する原理に基づいた受動的な流体循環、殊にコンピュータ機器の領域に準備される「ヒートパイプ」が公知である。これは、気化冷却および自律的に維持される冷却対流を用いる熱伝達のための気密に閉じられた系を表す。使用される流体の沸点温度は冷却すべき熱源の熱的な動作領域内にある。液相は薄い管の内壁を湿らせ、気相を管の内側の蒸気圧によって動かし、ヒートシンクへと流すことができ、またヒートシンクにおいては気化熱を凝結によって熱交換機に伝達することができる。管の内壁を湿らす流体層の厚さは毛管現象によって制限されている。この毛管現象は比較的小さい管の直径しか許容せず、したがってヒートパイプの熱流断面を縮小する。
【０００７】
さらには、熱伝的なペルティエ効果を基礎とするペルティエ素子を用いた電気的な冷却も公知である。その種の素子は、相互に接続されており、また下側の伝導帯エッジが異なるエネルギレベルを有している２つの半導体から構成されている。それらの半導体間の境界層にわたり電圧が印加され、エネルギ的に比較的高い伝導帯エッジを有する半導体（熱源）から、エネルギ的に比較的低い伝導帯エッジを有する半導体（ヒートシンク）へと電流が流れると、伝導電流と共に熱源からヒートシンクへの熱流も生じる。熱源からヒートシンクへ移動する電子は、比較的低い伝導帯エッジに緩和されることによって、熱源から取り上げた熱的な励起エネルギの一部をヒートシンクの結晶格子に伝達する。
【０００８】
この熱伝的に誘導される熱流には熱拡散が抵抗し、さらに不可避なオーム損失は半導体材料を加熱する。したがってペルティエ素子の熱効率は他の公知の冷却機構に比べて低い。さらに場合によっては、ペルティエ素子は冷却すべき電子的な構成素子よりも多くの構造空間を必要とする。またペルティエ素子は比較的高価であり、したがって通常の場合、広範な用途に関しては使用されない。
【０００９】
発明の概要
本発明によれば、少なくとも１つの熱交換媒体を搬送するための装置と方法が提供される。熱交換媒体は、第１の誘電率を有する少なくとも１つの第１の流体と、この第１の流体の第１の誘電率とは異なる第２の誘電率を有する少なくとも１つの第２の流体とを有し、液相の第１の流体は液相の第２の流体とは混ざらず、これによって第１の流体と第２の流体との間には少なくとも１つの誘電性の境界面が生じる。したがって、誘電率が異なる少なくとも２つの流体は層状化された誘電体を形成し、それらの流体を均一な材料または材料混合物から構成することができるか、乳濁液または混濁液から構成することができる。
【００１０】
本発明による装置は容量性の装置を含み、この装置は隣接する少なくとも２つの電極を有し、これらの電極の間の中間空間には少なくとも１つの流路が延在しており、この流路内を少なくとも１つの熱交換媒体が流れる。本発明によれば、各電極は電圧制御装置の複数の電圧源のうちの１つとそれぞれ接続されているか、電荷制御装置の複数の電荷源のうちの１つとそれぞれ接続されており、各電極を他の電極から独立して充放電することができる。
【００１１】
さらには、少なくとも１つの流路において本発明による電極装置を用いて少なくとも１つの電界が励起され、この電界は殊に、熱交換媒体における誘電率の異なる少なくとも２つの流体の誘電性の境界面の周辺に励起される。
【００１２】
電界は誘電性の境界面の周辺において、電界を励起する電極の容量が増す方向に作用する送り出し力を惹起する。比較的誘電率の高い流体セクションは電極間の電界が生じている中間空間に向かって進み、比較的誘電率の低い流体セクションを押し出す。これによって、熱交換媒体はそれらの流体における凝集力に基づいて全体的に、前述の送り出し力の方向に向かって移動する。この作用は、電界を励起する電極の電圧が一定に維持されている場合であっても、また電荷が一定に維持されている場合であっても発生し、電界ベクトルの局所的な配向に依存しない。何故ならば、誘電性の流体および強誘電性のコロイドの分子双極子モーメントは、熱的な変動を除いて、局所的な電界に平行に配向されるからである（配向分極）。
【００１３】
さらに本発明の１つの実施形態によれば、電界を励起する電極の容量（キャパシタンスマトリクス）を検出し、さらには、誘電率の異なる流体間の誘電性の境界面の位置を検出する方法が提供される。電極装置のクリップに容量性の測定装置、例えば容量性の測定ブリッジが接続されている。送り出し電界に基づいて誘電性の境界面が移動することによって、電界を励起しており、またその有効領域内に誘電性の境界面が位置している電極の容量を変化させる。電圧制御装置によって、電界を励起する電極に印加される電圧が変化される。これによって電極の容量が変化すると、誘電性の境界面は電極間の中間空間に位置する。これに対して、電極の容量が変化しなければ、電極間の中間空間における流路セクションは単一の流体で均一に満たされている。このようにして、あらゆる誘電性の境界面の位置が識別される。その容量が分析的に既知であるプレートコンデンサまたは円形シリンダ状のコンデンサのように電極幾何学が簡単または対称的である場合には、均一な誘電体ならびに層状化された誘電体を有する電界を励起する電極の容量（キャパシタンスマトリクス）を経験上、または数値計算法によって求めることができる。
【００１４】
さらに本発明の１つの実施形態によれば、本発明による電極装置の電圧制御式または電荷制御式の進行的な充放電によって、少なくとも１つの熱交換媒体の少なくとも１つの流路、殊に熱交換媒体における誘電率の異なる少なくとも２つの流体間の誘電性の境界面の領域において、送り出し方向に進行する電界の励起が行われる方法が提供される。送り出しステップのあらゆる段階において、電極装置は、送り出し力が減衰しており、かつ、電界を励起する電極の容量がもはや増加しなくなるまで、誘電性の境界面を送り出し方向に押し進める電界の励起を維持する。本発明によれば、電荷は電圧制御装置または電荷制御装置によって、送り出し方向において隣接しており、また容量を増加させるために並列接続することができる電極へと伝達され、後続の送り出しステップが実施される。
【００１５】
本発明によれば、電圧制御装置または電荷制御装置を用いた送り出し方法は、誘電性の境界面の容量を検出するための前述の方法によって求められる中間空間を有する電極のみを進行的に充電する。したがって、電界の励起はエネルギ的に好適には誘電性の境界面の周辺に限定されている。何故ならば、そのような周辺においてのみ送り出し力が熱交換媒体に作用するからである。送り出し電界は局所的に励起され、また、電界を励起する電極の容量がもはや増加せず、影響を受ける誘電性の境界面がもはや進まなくなり、したがって送り出しステップが終了するまで維持される。
【００１６】
本発明による方法の１つの実施形態によれば、送り出しステップが電極クリップにおいて一時的に維持される電圧を用いて、または一時的に維持される電極の充電によって実施される。
【００１７】
本発明による１つの実施形態によれば、電圧制御装置または電荷制御装置は、進行的に励起される送り出し電界に静的な電界を重畳させる。この静的な電界は、本発明による装置を包囲する媒体の誘電率が熱交換媒体における流体の誘電率よりも低い限り、熱交換媒体における誘電性の流体が本発明による装置から漏れることを阻止する。
【００１８】
本発明の１つの実施形態によれば、熱交換媒体の流体のうちの少なくとも１つが均一な強誘電性の材料、殊に強誘電性の液晶から構成されているか、強誘電性のコロイドを含有する乳濁液または懸濁液から構成されている。
【００１９】
本発明の１つの実施形態によれば、熱交換媒体は、誘電性の流体の液相から成る少なくとも１つの流体セクションと、この誘電性の流体の蒸気相から成る少なくとも１つの別の流体セクションとを有する。
【００２０】
本発明の１つの実施形態によれば、熱交換媒体に含まれる流体のうちの少なくとも１つの沸点温度は、冷却すべき熱源または加熱される少なくとも１つのヒートシンクの熱的な動作領域内にある。
【００２１】
本発明の１つの実施形態によれば、誘電率が異なる流体セクション間の少なくとも１つの誘電性の境界面の流れ速度を検出する方法が提供され、この方法においては、熱交換媒体と共に流れる誘電性の境界面が存在する中間空間を有している、電界を励起する電極の容量の時間的な変化が検出される。
【００２２】
本発明の１つの実施形態によれば、流れ速度を検出する方法を基礎として、誘電率が異なる流体セクション間の誘電性の境界面が進入している中間空間を有している種々の電極の容量変化の時間的な相関を用いて均一な流体セクションの長さを検出する方法が提供される。
【００２３】
本発明の１つの実施形態によれば、電極容量を検出し、誘電率の異なる流体セクション間の誘電性の境界面の位置を検出する方法を基礎として、流体密度および流体温度を検出する方法が提供される。この方法では、上述の方法にしたがい、熱交換媒体の均一な流体セクションが生じている中間を有している、電界を励起する電極が求められる。測定される容量は、誘電性の充填物が均一である場合には、流体の温度に依存する誘電性の配向分極にのみ依存する。永久的な分子双極子モーメントを有する流体、例えば水における温度と分極の関係はDebye式によって公知であり、また誘導双極子モーメントを有する流体に関してはClausius-Mossotti式から公知である。本発明によれば、電極の測定される容量ならびに誘電性の分極と誘電性の流体の温度との関数関係はマイクロコンピュータのプログラムにおける数値計算アルゴリズムとして表される。
【００２４】
本発明によれば、このマイクロコンピュータのプログラムシーケンスにおける数値計算アルゴリズムが、測定された容量ならびに電極によって包囲されている均一な流体セクションの温度から、本発明により検出された流れ速度および流体の既知の比熱容量と共に、電界を励起する電極装置を通り抜ける熱流を検出する。
【００２５】
殊に、本発明による装置の実施形態は誘電性の流体ならびに強誘電性の流体の静電的な対流の形成に適しており、また有利には、ロバスト性、メンテナンスの自由度および耐久性に関する高い要求を満たしていなければならない、自動車の機関および伝動装置の制御装置ならびに機関部分における電気的な構成素子群、電子的な構成素子群またはマイクロメカニカル的な構成素子群を冷却または加熱するための対流回路に使用される。
【００２６】
さらには、本発明による装置の実施形態は、電荷容量の低い蓄電池を有する、ラップトップ、ＰＤＡなどのモバイル電子端末装置への使用に適している。これらのモバイル電子端末装置には、ポンプまたは送風機を用いて電気的に駆動される、電力を消費する冷却手段の対流を使用することができない。さらに本発明は、補助駆動部として、対流をそれ自体で維持する伝熱管（ヒートパイプ）における熱交換媒体の液相の循環に適している。
【００２７】
本発明による装置の電極および流路は、小型の形状で多層の電子回路基板またはセラミック基板に埋め込むことに適しており、電極を電子的な構造素子群と相互接続することができ、また、冷却または加熱すべきマイクロエレクトロニクス構成素子群もしくはマイクロメカニカル構成素子群において可変容量のコンデンサとして使用することができる。
【００２８】
流路の閉じられた外壁として構成されているワンピースの外部電極を用いる本発明の実施形態は電磁的に完全に遮蔽されている。電子的な構成素子および導体路のシグナルインテグリティが損なわれることはなく、送り出し電界が一時的に励起されている間に電極における妨害的な電磁放射は生じない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による装置の第１の実施形態の断面図を示す。
【図２】電圧制御装置または電荷制御装置が対応付けられている第１の実施形態を示す。
【図３】電極電圧が維持される本方法の第１の実施方式の第１の送り出しステップにおける第１の実施形態を示す。
【図４】電極電圧が維持される本方法の第１の実施方式の第２の送り出しステップにおける第１の実施形態を示す。
【図５】電極電圧が維持される本方法の第１の実施方式の第３の送り出しステップにおける第１の実施形態を示す。
【図６】電極電荷が維持される本方法の第１の実施方式の第１の送り出しステップにおける第１の実施形態を示す。
【図７】電極電荷が維持される本方法の第１の実施方式の第２の送り出しステップにおける第１の実施形態を示す。
【図８】電極電荷が維持される本方法の第１の実施方式の第３の送り出しステップにおける第１の実施形態を示す。
【図９】ワンピースの内部電極を有する本発明による装置の第２の実施形態を示す。
【図１０】第１の実施形態が埋め込まれており、また２つの別個の流路を有する第３の実施形態を示す。
【図１１】伝熱管（ヒートパイプ）と接続されている第４の実施形態を示す。
【図１２】電圧源または電荷源と接続されている第５の実施形態を示す。
【図１３】電圧源または電荷源と接続されている第６の実施形態を示す。
【図１４】電圧源または電荷源と接続されている、内部電極を有していない第７の実施形態を示す。
【図１５】電圧源または電荷源と接続されており、ずらされた外部電極を有し、また内部電極を有していない第８の実施形態を示す。
【図１６】本方法の第２の実施方式により電界が励起された状態にある、第１の送り出しステップにおける第８の実施形態を示す。
【図１７】本方法の第２の実施方式により電界が励起された状態にある、第２の送り出しステップにおける第８の実施形態を示す。
【図１８】本方法の第２の実施方式により電界が励起された状態にある、第３の送り出しステップにおける第８の実施形態を示す。
【図１９】本方法の第２の実施方式により電界が励起された状態にある、第４の送り出しステップにおける第８の実施形態を示す。
【図２０】本方法の第３の実施方式により電界が励起された状態にある、第１の送り出しステップにおける第８の実施形態を示す。
【図２１】本方法の第３の実施方式により電界が励起された状態にある、第２の送り出しステップにおける第８の実施形態を示す。
【図２２】本方法の第３の実施方式により電界が励起された状態にある、第３の送り出しステップにおける第８の実施形態を示す。
【図２３】本方法の第３の実施方式により電界が励起された状態にある、第４の送り出しステップにおける第８の実施形態を示す。
【図２４】積層化されて重なっているプレート電極を有し、また電圧源が対応付けられている第９の実施形態の横断面図を示す。
【図２５】半径方向に積層化されているか、巻き付けられている円形シリンダ状の電極を有し、また電圧源が対応付けられている第１０の実施形態の横断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１から図２３はそれぞれ、熱交換媒体の送り出し方向に沿った縦断面における、本発明による装置の実施形態の一部を示す。
【００３１】
図１は、熱交換媒体２を搬送するための本発明による装置の第１の実施形態１を示す。熱交換媒体２は、第１の誘電率ε1を有する第１の誘電性流体セクション３’と、第２の誘電率ε2を有する第２の誘電性流体セクション４’と、第３の誘電率ε3を有する第３の誘電性流体セクション５’とを有する。この際、第２の誘電率ε2は第１の誘電率ε１および第３の誘電率ε3とは異なっている。混ざらない流体３，４，５は誘電性の境界面１６を形成し、したがって熱交換媒体２の流れ方向において層状化された誘電体が形成されている。さらに、ワンピースの閉じられた外部電極１２が設けられており、この外部電極１２は流路６の外壁１２’として構成されており、また、内部電極７，８，９および１０を包囲する。これらの内部電極７，８，９および１０は送り出し方向に沿って配置されており、またマルチピースで実施されている１つの内部電極１１を形成する。外部電極１２および内部電極１１は相互に電気的に分離されている。電極装置１４の外部電極１２および内部電極７，８，９，１０は、熱交換媒体２が流れる流路６を形成する中間空間を有する。
【００３２】
第１の実施形態１の１つの発展形態によれば、第１のプレート状の外部電極１２と、この外部電極１２とは別個の第２のプレート状の外部電極１３とが設けられている。さらには、内部電極７，８，９がプレート状に構成されており、また、外部電極１２および１３とは別個に構成されている。外部電極１２および１３は熱交換媒体２を収容する流路６の外壁１２’，１３’として構成されている。紙面に対して平行に設けられている流路６の別の外壁は図１の断面図には示していない。
【００３３】
図２にも第１の実施形態が示されているが、この図２では電極装置に電圧制御装置１７が対応付けられており、この電圧制御装置１７は独立して制御される電圧源Ｕ0，Ｕ1，Ｕ2，Ｕ3およびＵ4を有する。これらの電圧源Ｕ0，Ｕ1，Ｕ2，Ｕ3およびＵ4は、それぞれ個別の給電線２１を介して、複数ある内部電極７，８，９，１０のうちの１つと電気的に接続されている。内部電極７，８，９，１０の充放電を相互に独立して実施することができる。外部電極１２および１３は基準電位１８と電気的に接続されている。
【００３４】
第１の実施形態１の１つの発展形態によれば、各内部電極７，８，９，１０はそれぞれ個別の給電線２１を介して、電子的な電荷制御装置２０における複数の電荷源のうちの１つと接続されている。
【００３５】
電圧制御装置１７または電荷制御装置２０を用いて、電極装置１４を可変容量の容量性回路網（キャパシタンスマトリクス）と相互接続することができる。
【００３６】
図３から図８は、電界を励起する電極装置１４の電圧制御式または電荷制御式の充放電によって進行的な送り出し電界１９が局所的に励起される、本装置の第１の実施形態１において本発明による方法を第１の実施方式で実施した際の送り出しステップ２４，２５，２６を連続的に示したものである。送り出しステップ２４，２５および２６の各ステップにおいて、局所的な電界の励起１９’’は電極電圧または電極電荷が維持されている場合、境界面１６に作用する送り出し力２７’’が減衰するまで維持される。誘電率ε2を有する流体４と誘電率ε1を有する流体３との間の誘電性の境界面１６の領域においては、電極装置１４が局所的な電界１９’を励起し、この局所的な電界１９’は境界面１６を送り出し方向２７に押し進めるものであり、したがって境界面１６に作用する送り出し力２７’を惹起するものである。比較的高い誘電率ε2＞ε1を有する流体セクション４’は、電極装置１４において電界が生じている中間空間へと進行し、比較的低い誘電率ε1を有する流体３を押し出す。これによって、流体３，４における凝集力に基づき、熱交換媒体２は全体的に流路６を通って流れ送り出し力２７’が作用する方向へとさらに流れていく。送り出し力２７’が消失すると、送り出しステップ２４，２５，２６は即座に終了する。すなわち、電圧制御装置１７または電荷制御装置２０を用いた電界の励起が、電極装置１４において送り出し方向２７に隣接している電極に移行することによって次のステップが開始される。
【００３７】
図３から図５は、電圧制御装置１７によってスイッチングされる電極電圧が一時的に維持される場合に、第１の実施形態１において熱交換媒体２が送り出される経過を示している。
【００３８】
図３による送り出しステップ２４では、電圧制御装置１７が内部電極８と外部電極１２との間に電圧ＵCを印加することによって、内部電極８および外部電極１２はそれらの電極の中間空間において局所的な電界１９’を励起する。送り出し電界１９は誘電性の境界面１６を内部電極８と外部電極１２との間の中間空間に引き寄せる。
【００３９】
比較的高い誘電率ε2を有する流体セクション４’が内部電極８と外部電極１２との間の中間空間を満たし、また、本発明にしたがい検出された電極容量がもはや増加しなくなると、電圧制御装置１７は即座に、図４による送り出しステップ２５において、内部電極８と外部電極１２との間の電圧ＵA＝ＵCに加え、内部電極９と外部電極１２との間に電圧ＵB＝−ＵCを印加する。これによって内部電極８と内部電極９との間に電位差２・ＵCが生じ、電界１９’は誘電性の境界面１６を内部電極８と内部電極９との間の中間空間に引き寄せる。
【００４０】
誘電性の境界面１６の領域に作用する送り出し力２７’が減衰し、また、本発明にしたがい検出された内部電極８と内部電極９のペアの容量がもはや増加しなくなると、電圧制御装置１７は即座に、図５による送り出しステップ２６において、内部電極８と外部電極１２との間に印加される電圧を０にするので、送り出し電界１９’は内部電極９と外部電極１２との間の中間空間に限定され、この中間空間においては進行的な誘電性の境界面１６の周辺の熱交換媒体２に送り出し力２７’が作用する。
【００４１】
印加される電圧Ｕおよび容量Ｃに応じて、電界を励起する電極装置１４における静電エネルギは以下のようになる。
Ｗe＝１／２ＣＵ２
【００４２】
比較的高い誘電率ε2＞ε1を有する流体セクションが電界を励起する電極間の中間空間の区間ｓに進入すると、容量Ｃ（ｓ）は増加する。単位長当りの容量
ｋ（ｓ）：＝ｄＣ／ｄｓ
は０より大きい。無限小の区間δｓに沿った容量変化δＣ＝ｋδｓによってＷeも式
δＷe＝１／２Ｕ2δＣ＝１／２Ｕ2ｋδｓ
にしたがい変化する。
【００４３】
一定の電圧Ｕの下では電荷量δＱ＝ＵδＣまたは−δＱが電極に流れ、電圧源からエネルギ
δＷq＝ＵδＱ＝Ｕ2δＣ＝２δＷe
が取り出される。ＦDが誘電性の境界面１６に作用する力２７を表し、δＷm＝ＦDδｓが行われる機械的な仕事量を表し、エネルギ収支がWq = We + Wmで表されるならば、これにより次式が成り立つ：
δＷq＝δＷe＋δＷm
δＷm＝δＷe＝１／２Ｕ2ｋδｓ⇒
ＦD＝１／２Ｕ2ｋ
【００４４】
電極装置が部分的にシリンダ状である場合、すなわちこの部分における断面および単位長当りの容量が流れ方向に沿って一定である場合、単位長当りの容量ｋ、したがって力ＦDは誘電性の境界面１６の位置に依存しない。
【００４５】
図６から図８は、電荷制御装置２０によって電極に供給され、また電極から除去される電荷が一時的に維持される場合に、第１の実施形態１において進行的に電界の励起１９’’が行われる際の熱交換媒体２の送り出しステップを示す。
【００４６】
図６による送り出しステップ２４においては、電荷制御装置２０が電荷源から電荷ＱCを内部電極８に供給し、外部電極１２が基準電位１８に置かれる。内部電極８および外部電極１２がその中間空間において局所的な電界１９’を励起すると、その中間空間に境界面１６が進入する。比較的高い誘電率ε2を有する流体セクション４’が内部電極８と外部電極１２との間の中間空間を満たし、また、本発明にしたがい検出された電極容量がもはや増加しなくなると、電荷制御装置２０は即座に、図７による送り出しステップ２５において、内部電極９に電荷−ＱCを供給する。これによって内部電極８と内部電極９との間に電位差２・ＱCが生じ、電界１９’は誘電性の境界面１６を内部電極８と内部電極９との間の中間空間に引き寄せる。
【００４７】
誘電性の境界面１６の周辺に作用する送り出し力２７’が減衰し、また、本発明にしたがい検出された内部電極８と内部電極９のペアの容量がもはや増加しなくなると、電荷制御装置２０は即座に、図８による送り出しステップ２６において、内部電極８から電荷ＱCを除去する。これによって送り出し電界１９は内部電極９と外部電極１２との間の中間空間に限定され、この中間空間においては進行的な誘電性の境界面１６の領域にある熱交換媒体２に送り出し力２７’が作用する。
【００４８】
電荷Ｑに応じて、電界を励起する電極装置１４の静電エネルギは以下のようになる。
Ｗe＝１／２Ｑ2／Ｃ
電極電荷Ｑが一定である場合の容量変化δＣ＝ｋδｓはＷeを式
δＷe＝−１／２（Ｑ2／Ｃ2）ｋδｓ
にしたがい変化させる。
【００４９】
電極クリップが開かれている場合には電圧源からエネルギは取り出されない：
δＷq＝ＵδＱ＝０
【００５０】
したがって、電極装置１４のエネルギＷe＋Ｗmは誘電体と共に維持される：
δＷe＋δＷm＝０⇔δＷm＝−δＷe＝１／２（Ｑ2／Ｃ2）ｋδｓ
【００５１】
誘電性の境界面１６に作用する力は以下のようになる：
ＦD＝１／２（Ｑ2／Ｃ2）ｋ
【００５２】
電極装置１４が長さＨの一部に沿ってシリンダ状であり、かつ、ｈ＜Ｈが誘電性の境界面１６の進入深さを表す場合、長さＨの方向において層状化された誘電体を有するシリンダ状のコンデンサが生じ、その容量は以下のようになる：
Ｃ（ｈ）＝ｋ0［ε2ｈ＋（Ｈ−ｈ）ε1］＝ｋ0［（ε2−ε1）ｈ＋Ｈε1］
ただし、ｋ0は誘電体を有さないコンデンサの一定の単位長当りの容量である。したがって、軸方向に層状化されたシリンダ状コンデンサの単位長当りの容量は縁部電界および散乱電界を無視すれば以下のようになる：
ｋ＝ｄＣ／ｄｈ＝ｋ0（ε2−ε1）
【００５３】
誘電性の境界面１６に作用する力ＦD＝１／２Ｕ2ｋ0（ε2−ε1）またはＦD＝１／２（Ｑ／Ｃ）2ｋ0（ε2−ε1）は、電圧が維持されて電界が均一である場合、進入深さｈ＜Ｈには依存しない。電荷Ｑが維持される場合、力ＦDは進入深さｈおよび容量Ｃ（ｈ）が大きくなるにつれ低減する。間隔ｄを空けて配置されている幅ｂのプレート電極に関しては
ｋ0＝ε0ｂ／ｄ（誘電定数ε0＝８．８５・１０−１２Ｆ／ｍ）
であり、また、半径ｒA（外部電極の内径）およびｒB（内部電極の外径）を有する円形シリンダ状の内部電極および外部電極に関しては
ｋ0＝２πε0／ｌｎ（ｒA／ｒＢ）
である。
【００５４】
図９は、本発明による装置の第２の実施形態３１を示す。この第２の実施形態３１は、熱交換媒体２の流れ方向３０においてワンピースの一貫した内部電極１１と、絶縁性の材料から構成されているワンピースの閉じられた外壁４０とを有する。流れ方向３０に沿って、電気的に相互に分離されている、個別化された外部電極３２が配置されており、これらの外部電極３２は外壁４０に埋め込まれているか、外壁４０上に取り付けられている。外部電極３２および内部電極１１は相互に電気的に分離されている。内部電極１１と、外壁４０および外部電極３２によって形成される流壁４０’との間の空間は熱交換媒体２の流路６を形成する。
【００５５】
第２の実施形態３１の１つの発展形態によれば、外壁４０および外壁４１はプレート状に絶縁性の材料から構成されており、また内部電極１１および外部電極３２も同様にプレート状に構成されている。流路６の別の側方の外壁は図９には示していない。技術的に有利には、外壁４０および４１、内部電極１１ならびに外部電極３２は円形または矩形の断面を有する。
【００５６】
図１０は、本発明による装置の第３の実施形態３３を示し、この第３の実施形態３３は、第２の実施形態３１を基礎として、この第２の実施形態３１の内部電極１１を第１の実施形態１による内部電極に置換することによって得られる。第１の実施形態が埋め込まれた形態を表している、閉じられた一貫した外部電極１２および１３は、第３の実施形態３３において、分離され個別化されている外部電極３２に対する内部電極として機能する。第１の実施形態が埋め込まれた形態を表しており、同様に流体セクション４’および５’が流れる内側流路６の他に、閉じられた外部電極１２および外部電極１３と、外壁４０および４１との間の空間には外側流路６０が生じており、この外側流路６０においては、流体セクション３７’および３８’を有する別の熱交換媒体６６が第１の熱交換媒体２に依存せずに別個に押し進められる。本発明によれば、内側流路６において第１の送り出し電界１９が励起され、外側流路６０において第１の送り出し電界１９には依存しない第２の送り出し電界が励起される。
【００５７】
図１１は、本発明による装置の第４の実施形態３５を示す。第４の実施形態３５は、第３の実施形態３３を基礎として、第１の実施形態１を埋め込んだ形態において内部電極７，８，９および１０を省略することによって得られる。ワンピースの閉じられた電極１２の内側空間またはプレート状の別個の電極１２および１３の中間空間には、伝熱管（ヒートパイプ）３４の熱交換媒体６６の気相６６（蒸気相）が流れる。熱交換媒体６６の混ざらない液相３７および３８は第３の実施形態３３と同様に外側流路６０を流れるが、この流れ方向は気相３６の流れ方向３０とは反対である。
【００５８】
図１２は本発明による装置の第５の実施形態３９を示し、この第５の実施形態３９においては、第１の実施形態と同様の内部電極１１と、第２の実施形態と同様の外部電極３２ならびに外壁４０および４１とがマルチピースで相互に隔てられて実施されている。内部電極１１および外部電極３２の端部は流れ方向３０において同一平面上に配向されており、またそれらの電極１１および３２を部分的に閉じられた管として実施することができるか、プレート状に実施することができる。さらに各電極１１および３２は、電圧制御装置１７の複数ある独立制御式の電圧源のうちの１つＵA1〜ＵA4，ＵB1〜ＵB4，ＵE1〜ＵE4と電気的に接続されているか、電荷制御装置２０の複数ある独立制御式の電荷源のうちの１つと電気的に接続されている。
【００５９】
図１３は、本発明による装置の第６の実施形態４３を示す。第６の実施形態４３は、第５の実施形態３９を基礎として、外部電極３２の端部と内部電極１１の端部が流れ方向３０においてずらされて配置されることによって得られる。
【００６０】
図１４は、本発明による装置の第７の実施形態４４を示す。この第７の実施形態４４は、第６の実施形態４３を基礎として、接続されている電圧制御装置１７または電荷制御装置２０と共に内部電極１１を省略することによって得られる。
【００６１】
図１５は、本発明による装置の第８の実施形態４７を示す。この第８の実施形態４７は、第７の実施形態４４を基礎として、外壁４０に埋め込まれた外部電極３２の端部と、対向する外壁４１に埋め込まれた外部電極３２の端部とが流れ方向３０において相互にずらされて配置されることによって得られる。
【００６２】
図１６から図１９は、それぞれ３つの電極３２全体にわたり広がる、送り出し方向２７における進行的な電界励起１９’’を用いる、本装置の第８の実施形態４４における本発明による方法の第２の実施方式を示す。電界線は送り出し方向２７に対して斜めの方向に誘電性の境界層１６を歪める。図面は電界線を質的にのみ正確に表したものであり、表面電圧および毛管現象を考慮していない。
【００６３】
図２０から図２３は、送り出し方向２７を横断する方向において対向しており、また相互にずらされて配置されている電極３２のそれぞれのペアによって行われる進行的な電界励起１９’’を用いる、本発明による装置の第８の実施形態４４における本発明による方法の第３の実施方式を示す。電界線は誘電性の境界面１６を歪める。境界面１６は同様に、図１６から図１９においては質的に表されている。
【００６４】
図２４および図２５には、本装置の第９の実施形態４７および第１０の実施形態４８がそれぞれ横断面図で示されており、図面の紙面は流れ方向３０ないし送り出し方向２７に対して直交している。従来のレイヤタイプのコンデンサまたはロールタイプのコンデンサのように、高い単位長当りの容量、したがって高い送り出し力２７’は、薄い内部電極４９を積層して配置するか、または巻き付けるように配置することによって達成される。電解コンデンサにおいて使用されるような電解支持フィルムの代わりに、または、フィルムコンデンサにおいて使用されるようなプラスチック誘電体の代わりに、送り出し方向２７において透過性のサポートフィルム５０が設けられている。
【００６５】
図２４は、層状に配置されているプレート状の個別化された電極４９を示す。これらの電極４９は閉じられた導電性の流壁１２によって包囲されており、この流壁１２は矩形の断面を有し、かつ、基準電位１８に置かれている。電極４９および流壁１２は相互に隔てられて配置されている。さらに、内部電極４９は電圧制御装置１７の電圧源または電荷制御装置２０の電荷源と電気的に接続されている。
【００６６】
図２５は、半径方向において層状に配置されている、円形のリング状の個別化された電極４９を示す。これらの電極４９は閉じられた導電性の流壁１２によって包囲されており、この流壁１２は円形の断面を有し、かつ、基準電位１８に置かれている。電極４９および流壁１２は相互に隔てられて配置されている。さらに、内部電極４９は電圧制御装置１７の電圧源または電荷制御装置２０の電荷源と電気的に接続されている。
【図１】
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【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１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年3月25日(2011.3.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の誘電率を有する少なくとも１つの第１の流体（３，４，５）と、前記第１の誘電率とは異なる第２の誘電率を有し、かつ、前記第１の流体（３，４，５）とは混ざらない、少なくとも１つの第２の流体（３，４，５）とを有する、少なくとも１つの熱交換媒体（２，６６）を搬送する方法において、
前記第１の流体（３，４，５）と前記第２の流体（３，４，５）との間には少なくとも１つの誘電性の境界面（１６）が形成されており、前記少なくとも１つの境界面（１６）に作用する送り出し力（２７’）を惹起する、送り出し方向に進むように励起される送り出し電界（１９）に前記少なくとも１つの境界面（１６）を晒すことを特徴とする、少なくとも１つの熱交換媒体（２，６６）を搬送する方法。
【請求項２】
第１の流体（３，４，５）として第１の液体を使用し、第２の流体（３，４，５）として、前記第１の液体の誘電率とは異なる誘電率を有する第２の液体を使用する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第１の流体（３，４，５）として第１の液体を使用し、第２の流体（３，４，５）として気体を使用する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記気体は、第１の流体（３，４，５）の気相（３６）である、請求項３記載の方法。
【請求項５】
送り出されるべき前記熱交換媒体（２，６６）に作用する前記送り出し力（２７’）を、誘電率の異なる前記第１の流体（３，４，５）と前記第２の流体（３，４，５）との間の前記誘電性の境界面（１６）の領域において電極装置（１４）によって励起される電界（１９’）によって形成する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
送り出し方向に進むように励起される前記送り出し電界（１９）に静的な電界を重畳し、前記熱交換媒体（２，６６）が流れる流路（６）を包囲する媒体の誘電率が、前記熱交換媒体（２，６６）における前記第１の流体（３，４，５）および前記第２の流体（３，４，５）の誘電率よりも低い限り、前記熱交換媒体（２，６６）の前記流路（６）からの漏れを阻止する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記送り出し電界（１９）を、電荷を送り出し方向（２７）にある電極装置（１４）の別の電極（７，８，９，１０，１１，１２，１３，３２，４９）に移動させることによって、送り出し方向に進むように励起する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
電界を励起する電極装置（１４）の容量を測定することによって、前記熱交換媒体（２，６６）における少なくとも１つの誘電性の境界面（１６）の位置を求め、少なくとも１つの誘電性の境界面（１６）の位置の時間的な変化から、少なくとも１つの流体セクション（３’，４’，５’）の流れ速度を検出する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記熱交換媒体（２，６６）に含まれる流体セクション（３’，４’，５’）のうちの少なくとも１つの流体セクションの温度を、測定された容量および少なくとも１つの別のパラメータ、例えば流体（３，４，５）の温度依存性に基づき求める、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記熱交換媒体（２，６６）に含まれる少なくとも１つの流体セクション（３’，４’，５’）の温度、流れ速度および比熱容量に基づいて熱流を求める、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
第１の誘電率を有する少なくとも１つの第１の流体（３，４，５）と、前記第１の誘電率とは異なる第２の誘電率を有し、かつ、前記第１の流体（３，４，５）とは混ざらない、少なくとも１つの第２の流体（３，４，５）とを有し、前記第１の流体（３，４，５）と前記第２の流体（３，４，５）との間に少なくとも１つの誘電性の境界面（１６）が形成されている少なくとも１つの熱交換媒体（２，６６）を搬送する装置において、
送り出し方向（２７）において隣接している少なくとも２つの電極（７，８，９，１０，１１，１２，１３，３２，４９）から構成されている電極装置（１４）によって、送り出し電界（１９）が送り出し方向に進むように励起されることを特徴とする、少なくとも１つの熱交換媒体（２，６６）を搬送する装置。
【請求項１２】
前記熱交換媒体（２，６６）の送り出しを、所属の電極装置（１４）の中間空間に延在している流路（６，６０）において行う、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
外部電極（１２，１３，３２）は前記流路（６，６０）の閉じられた外壁（１２’，１３’，４０，４１）として構成されている、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
別の電極（７，８，９，１０，１１，４９）は外部電極（１２，１３，３２）によって完全に包囲されており、前記外部電極（１２，１３，３２）および前記別の電極（７，８，９，１０，１１，４９）は相互に隔てられている、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
複数の電極（７，８，９，１０）のうちの少なくとも２つの電極は相互に隔てられた外部電極（１２，１３，３２）として構成されており、外部電極（１２，１３，３２）は相互に電気的に分離されており、かつ、絶縁性の外壁（４０，４１）に埋め込まれているか、外壁（４０，４１）の内面上に固定されている、請求項１２記載の装置。
【請求項１６】
別の内部電極（７，８，９，１０，１１，４９）が前記流路（６，６０）の内側に配置されている、請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記電極装置（１４）の各電極（７，８，９，１０，１１，１２，１３，３２，４９）には、独立して制御される電圧源を有する電圧制御装置（１７）または独立して制御される電荷源を有する電荷制御装置（２０）に対応付けられている、請求項１１から１６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１８】
前記電極装置（１４）は少なくとも１つの容量を測定する装置を有する、請求項１１から１７までのいずれか１項記載の装置。
【国際調査報告】
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2011527175.tif 000029
2011527175.tif 000030
2011527175.tif 000031
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