(57)【要約】絶縁液体をポンピングするために使用され、特に等温及び非等温の単相液体の質量の輸送に適合する電気流体力学的（ＥＨＤ）伝導ポンプが開示される。ＥＨＤ伝導ポンプは、流体内に電荷を直接注入する必要がない。ＥＨＤ伝導ポンプは、ＥＨＤポンピング部と、このポンピング部と直列に配置されている電極と関連して接続されている管状部を含む。この電極は、高電圧低電流の電源に接続されている。正の極性の電圧が電極に印加されている。三針電極、中空管状電極、ピン針電極のような種々の電極構成を利用することができる。【選択図】図１
2004504797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気流体力学的伝導ポンピング熱エネルギー移送システムであって、
第一表面及び第二表面を有する導管と、
互いに対して間隔をもって配置され、前記導管の第一表面に沿って長手方向に延伸する一対又は複数対の伝導体と、
各伝導体対間に電界を発生するように関連して動作し、前記伝導体に結合されている電源とを含み、電気力が、前記導管の第一表面に沿って、前記導管の第一表面と接触する流体の液層の長手方向へのポンピングを誘導することによって、流体と前記導管の間で熱エネルギー移送を増大するシステム。
【請求項２】
前記伝導体が、導管の近くで、動作流体の液層内に取り付けられている請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記伝導体対が、互いに対して間隔をもって配置され、前記導管に沿って長手方向に延伸している請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記導管の第一表面が前記導管の外部表面を含み、前記導管の第二表面が前記導管の内部表面を含み、冷却媒体が該内部表面と接触して配置され、前記導管の外部表面に沿った前記流体の液層の長手方向へのポンピングが、前記導管の外部表面に前記流体の凝縮を増大する請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記電源が、前記伝導体の近傍の前記液体内にヘテロ電荷層を誘導し、前記導管の第一表面に沿った前記流体の液層の長手方向へのポンピングを生じさせるように関連して動作する請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記電源が、前記伝導体対のそれぞれに正又は負の直流電圧を供給し、前記導管に沿った前記流体の液層の長手方向へのポンピングを誘導するように関連して動作する請求項１記載にシステム。
【請求項７】
前記導管の第一表面が前記導管の内部表面を含み、前記導管の第二表面が前記導管の外部表面を含み、冷却媒体が該外部表面と接触して配置され、前記導管の内部表面に沿った前記流体の液層の長手方向へのポンピングが、前記導管の内部表面に前記流体の凝縮を増大する請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記導管の第一表面が前記導管の内部表面を含み、前記導管の第二表面が前記導管の外部表面を含み、熱媒体が該外部表面と接触して配置され、前記導管の内部表面に沿った前記流体の液層の長手方向へのポンピングが、前記導管の内部表面での前記流体の蒸発を助長する請求項１記載のシステム。
【請求項９】
外部で凝縮が起こる場合に、前記複数の伝導体が、
互いに対して間隔をもった関係で配置され、前記導管に沿って第一の方向で長手方向に延伸する第１の組の伝導体と、
互いに対して間隔をもった関係で配置され、前記導管に沿って、前記第一の方向とは実質上反対方向である第二の方向で長手方向に延伸する第２の組の伝導体とを含み、
前記電源が、前記第一の方向及び第二の方向で、前記導体の第一表面に沿って、前記流体の液層の長手方向へのポンピングを誘導するように関連して動作する請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記導管の第一表面が前記導管の外部表面を含み、前記導管の第二表面が前記導管の内部表面を含み、熱媒体が該内部表面と接触して配置され、前記導管の外部表面に沿った前記流体の液層の長手方向へのポンピングが、前記導管の外部表面での前記流体の蒸発を増大する請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
導管内の等温又は非等温いずれかの単相液体を電気流体力学的伝導ポンピングする方法であって、
前記導管の近くに一対又は複数対の伝導体を配置し、この複数の伝導体を、互いに対して間隔をもった関係で配置するとともに前記導管に沿って長手方向に延伸させ、
各伝導体対に電源を結合し、
前記電源を利用して、前記導管に沿って前記液体の正味のポンピングを誘導する方法。
【請求項１２】
前記液体が絶縁性の液体である請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
流体を電気流体力学的伝導ポンピングして、熱エネルギー移送を助長する方法であって、
導管の近くに一対又は複数対の伝導体を配置し、この複数の伝導体を、互いに対して間隔をもった関係で配置するとともに前記導管に沿って長手方向に延伸させ、
各伝導体対に電源を結合し、
前記電源を利用して、前記導管の第一表面に沿って流体の液層の正味のポンピングを誘導することによって、前記導管で前記流体の熱エネルギー移送を増大する方法。
【請求項１４】
一対又は複数対の伝導体を配置するステップが、前記導管に沿って前記伝導体を設けるステップを含む請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
直流電圧が、各伝導体対に差動的に印加され、前記伝導体の近傍の前記液体内にヘテロ電荷層を生成し、前記導管の第一表面に沿った前記流体の液層の長手方向へのポンピングを誘導する請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記伝導体を配置するステップが、前記導管の外部表面に前記伝導体を配置するステップを含み、さらに前記導管の内部表面と接触して、冷却媒体を配置するステップを含み、熱エネルギー移送を増大するステップが、前記導管の外部表面に沿った前記流体の液層の長手方向へのポンピングを誘導することによって、前記導管の外部表面での前記流体の凝縮を増大するステップを含む請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
前記伝導体を配置するステップが、前記導管の内部表面に前記伝導体を配置するステップを含み、さらに前記導管の外部表面と接触して、冷却媒体を配置するステップを含み、熱エネルギー移送を増大するステップが、前記導管の内部表面に沿った前記流体の液層の長手方向へのポンピングを誘導することによって、前記導管の内部表面での前記流体の凝縮を増大するステップを含む請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
前記伝導体を配置するステップが、前記導管の内部表面に前記伝導体を配置するステップを含み、さらに前記導管の外部表面と接触して、熱媒体を配置するステップを含み、熱エネルギー移送を増大するステップが、前記導管の内部表面に沿った前記流体の液層の長手方向へのポンピングを誘導することによって、前記導管の内部表面での前記流体の蒸発を増大するステップを含む請求項１３記載の方法。
【請求項１９】
前記伝導体を配置するステップが、前記導管の外部表面に前記伝導体を配置するステップを含み、さらに前記導管の内部表面と接触して、熱媒体を配置するステップを含み、熱エネルギー移送を増大するステップが、前記導管の外部表面に沿った前記流体の液層の長手方向へのポンピングを誘導することによって、前記導管の外部表面での前記流体の蒸発を増大するステップを含む請求項１３記載の方法。
【請求項２０】
前記伝導体を配置するステップが、前記導管に沿って、間隔をもった関係で前記伝導体を配置するステップを含む請求項１３記載の方法。
【請求項２１】
前記複数の伝導体を配置するステップが、前記導管の長さ部分に沿って、前記複数の伝導体を配置するステップを含む請求項１３記載の方法。
【請求項２２】
電気流体力学的熱エネルギー移送システムであって、
外側導管と、
前記外側導管内部に配置されている複数の内側導管と、
前記内側導管の少なくとも１つの導管の第一表面近くに配置されている一対又は複数対の伝導体であって、複数の該伝導体が、互いに対して間隔をもった関係で配置され、少なくとも１つの前記内側導管に沿って長手方向に延伸する伝導体と、
前記少なくとも１つの内側導管の第一表面に沿って、前記少なくとも１つの内側導管の第一表面と接触した流体の液層の正味の長手方向へのポンピングを誘導することによって、前記外側導管内に配置されている流体と前記少なくとも１つの内側導管との間で熱エネルギー移送を増大するように、前記伝導体に結合されている直流電源とを含むシステム。
【請求項２３】
各伝導体対が、前記内側導管内部に合わせて配置され、そこに接続されている前記電源からの高電圧を有する少なくとも１つの電極と、前記導管の内側にかつ前記少なくとも１つの電極と軸方向に間隔をもって取り付けられているリング状電極とを含み、このリング状電極が、前記内側導管の内側表面と直に接し、前記電源の接地に電気的に結合されるように適応されている請求項２２記載のシステム。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの電極が、互いに等しい間隔をもって配置されているとともに前記内側導管の内側表面から等しく隔置され、それぞれ前記電源からの前記高電圧に接続されている三針電極を含む請求項２３記載のシステム。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの電極が、前記内側導管内で中心に配置されている針状電極を含む請求項２２記載のシステム。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの電極が、前記内側導管内で中心に配置されている少なくとも１つの中空管状電極を含む請求項２２記載のシステム。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの中空管状電極の軸が、前記内側導管の軸と同軸にかつ平行に延伸する請求項２６記載のシステム。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの電極が、前記内側導管に適応されているとともに、それぞれに接続されている前記電源からの高電圧を有する複数の電極を含む請求項２２記載のシステム。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの内側導管の第一表面が前記少なくとも１つの内側導管の外部表面を含み、冷却媒体が前記少なくとも１つの内側導管の内部表面と接触して配置され、前記流体の液層の長手方向へのポンピングが、前記少なくとも１つの内側導管の外部表面での前記流体の凝縮を増大する請求項２２記載のシステム。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの内側導管の第一表面が前記少なくとも１つの内側導管の内部表面を含み、冷却媒体が前記少なくとも１つの内側導管を取り囲む前記外側導管内部に配置され、前記流体の液層の長手方向へのポンピングが、前記少なくとも１つの内側導管の内部表面での前記流体の凝縮を増大する請求項２２記載のシステム。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの内側導管の第一表面が前記少なくとも１つの内側導管の内部表面を含み、熱媒体が、前記外側導管内部に、かつ前記少なくとも１つの内側導管を取り囲んで配置され、前記流体の液層の長手方向へのポンピングが、前記少なくとも１つの内側導管の内部表面での前記流体の蒸発を増大する請求項２２記載のシステム。
【請求項３２】
前記少なくとも１つの内側導管の第一表面が前記少なくとも１つの内側導管の外部表面を含み、熱媒体が前記少なくとも１つの内側導管の内部表面と接触して配置され、前記流体の液層の長手方向へのポンピングが、前記少なくとも１つの内側導管の外部表面での前記流体の蒸発を助長する請求項２２記載のシステム。
【請求項３３】
前記直流電源が、各対の２つの電極間に異なる電圧を印加し、前記少なくとも１つの内側導管の第一表面に沿って前記流体の液層の長手方向へのポンピングを誘導するように関連して動作する請求項２２記載のシステム。
【請求項３４】
前記流体の液層の長手方向へのポンピングによって、前記流体の液層が少なくとも１つの他の内側導管に実質上流れることがないように、前記少なくとも１つの内側導管が、少なくとも１つの他の内側導管より上に配置されている請求項２２記載のシステム。
【請求項３５】
前記複数の伝導体が、前記少なくとも１つの内側導管の長さ部分に沿って配置されている請求項２２記載のシステム。
【請求項３６】
前記少なくとも１つの導管が実質上環状構成を有し、前記伝導体が、前記少なくとも１つの導管の周辺部分近くに配置されている請求項２２記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して電気流体力学的ポンプに関する。より詳細には、本発明は、電気流体力学的伝導ポンプ、特に等温及び非等温の単相液体の質量の輸送に適合する電気流体力学的伝導ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気流体力学的（ＥＨＤ）現象は、絶縁流体の媒体内の電界及び流れ場の相互作用を必要とする。この電界及び流れ場の間の相互作用は、電気的な体積力による流れの動きを誘導する。一般に、誘導ポンピング、イオン吸収ポンピング、純粋伝導ポンピングの、クーロン力に基づいて動作する３つの種類のＥＨＤポンプが存在する。
【０００３】
ＥＨＤ誘導ポンピングは、誘導された電荷の発生に基づく。電界が存在する場における電荷の誘導は、場の電気伝導率の不均一によって生じる。電気伝導率における不均一は、二相流体のような流体における不均一な温度分布及び／又は流体の不等質性により生じさせることができる。したがって誘導ポンピングは、等温液体において利用することができない。
【０００４】
イオン吸収ポンピングは、等温液体の空間電荷を生成するのに利用することができる。概してイオン吸収ポンピングは、等温液体の空間電荷を生成するために、金属／液体界面におけるイオン注入を含む。しかしながらイオン吸収ポンピングは、動作流体の電気的特性を低下させるために、望ましいものではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、等温の絶縁液体をポンピングするとともに、等温の及び非等温の単相液体をポンピングする改良されたＥＨＤポンピング機構を提供する必要がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来のポンピングシステムの欠点を解決するＥＨＤ伝導ポンプを提供する。
【０００７】
本発明の一実施態様によれば、ＥＨＤ伝導ポンプは、ＥＨＤポンピング部と、関連した接続管状部を含む。電極が、ポンピング部と直列に配置されている。この電極は、高電圧低電流の直流電源に接続され、正の極性の直流電圧が電極に供給される。電極は、三針構成、中空管状構成、ピン針構成で設計することができる。
【０００８】
ＥＨＤ伝導ポンプの大きな利点の一つは、ＥＨＤポンピング機構だけが電荷を直接注入する必要とせずに、等温の絶縁液体をポンピングするのに利用可能であることにある。単純なデザインであり、可動部分がなく、軽量であり、印加する電界を変化させることにより性能を迅速に制御することができ、低消費電力であるということは全て、ＥＨＤ伝導ポンプを適用する場合の利点である。本発明の潜在的な用途は、重力の存在下又は無重力状態における、二相系の（例えば毛管ポンプループ及びヒートパイプ）動作流体（液相）のＥＨＤポンピングを含む。
【０００９】
当業者は、以下の図及び説明から、他の技術的な利点を容易に理解することができるであろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明をより理解するために、また本発明の利点をより理解するために、添付の図面に関連して以下の説明をさらに参照する。
【００１１】
等温液体内では、自由電荷に作用する力であるクーロン力のみが、永続的な電気流体力学的運動に寄与することができる。直接電荷注入が存在しない場合には、ポンピングは、中性の電解質種の解離及び生成されたイオンの再結合プロセスに基づき、電極周辺の有限の厚みのヘテロ電荷層と関連する電荷によって達成可能となる。ポンピングのこの形式は純粋伝導ポンピングと称される。伝導ポンピング機構を、本発明においては３つの異なる電極設計について実験的に調べた。十分な圧力水頭が、毛管ポンプループ及びヒートパイプのようないくつかの用途に対して、ＥＨＤ伝導ポンピング吸引力をもたらすのに必要な非常に小さな電力によって発生される。
【００１２】
用語
Ｅ＝電界
Ｆ＝流体に及ぼされる電気力
Ｉ＝電流
Ｒ＝ポンピング部の半径
Ｖ＝電圧
ｆｅ＝電気的な体積力密度
ｑ＝電荷密度
ｒ０＝高電圧電極の半径
ε＝誘電率
ρ＝流体の密度
上付き
＋：正イオン
−：負イオン
概論
電気流体力学的（ＥＨＤ）現象は、絶縁流体の媒体内の電界及び流れ場の相互作用を必要とする。電界と流れ場の間のこの相互作用は、電気的な体積力による流れの動きを誘導する。分子に作用する電気的な体積力は、以下の式（１）として表すことができる。
【００１３】
【数１】
2004504797.tif 000003
【００１４】
第１項はクーロン力を表し、これは電界内の自由電荷に作用する力である。第２項及び第３項は、分極した電荷に作用する分極力を表す。第３項、電歪項は、圧縮流体にのみ関係する。したがってＥＨＤポンプは、自由空間電荷又は流体内の誘電率の勾配のどちらかを必要とする。等温の単相液体において、∇εは零となり、永続的なＥＨＤ運動を発生させる唯一の機構としてクーロン力を結果生じる。
【００１５】
クーロン力に基づき動作する３種類のＥＨＤポンプが存在する。それらは、誘導ポンピング、イオン吸収ポンピング、純粋伝導ポンピングである。ＥＨＤ誘導ポンピングは、誘導された電荷の発生に基づく。電界が存在する場合のこの電荷の誘導は、流体の伝導率の不均一性によりもたらされる。伝導率の不均一性は、不均一な温度分布及び／又は流体の不均質（例えば二相流体）によって生じる。したがってこのポンピング機構は等温液体において利用することができない。等温液体内に空間電荷を生成する２つの主要な機構が存在する。第１の機構は、金属／液体界面でのイオン注入に関連し、関連したポンピングはイオン吸引ポンピングと称される。しかしながらイオン吸引ポンピングは、動作流体の電気的特性を低下させることがあるため、望ましいものではない。第２の機構は、電極周辺の有限の厚みのヘテロ電荷層に関連し、これは中性の電解質種の解離及び生成されたイオンの再結合プロセスに基づく［２］。この形式のポンピングは純粋伝導ポンピングと称される。本発明において、伝導という用語は、電荷が電極からの注入によらず、流体内の分子の解離によって生じ、移動する電流に関する機構を表す。イオン吸引ポンピングと純粋伝導ポンピングの間の明白な相違は、流れの方向にある。典型的なイオン吸引ポンプでは、高電圧がエミッター電極（例えば鋭い針の）に印加され、コレクター電極（例えばリング状の）が接地される。この場合には、流れの方向は、高電圧のエミッター電極から接地されたコレクター電極へとなる。流れの方向が接地電極から高電圧電極へとなるようなこの特別な設計を有する純粋伝導ポンピングでは逆のことが適用される。しかしながら流れの方向は電極（高電圧及び接地）の設計に依存するということが重要である。純粋伝導ポンピングの場合には、比較的大きな曲率半径を有する電極が必要とされる。さらに純粋伝導ポンピングにおいてイオン注入の効果を低減するために、電極、特に高電圧電極には如何なる鋭い先端も縁も含まれてはならない。
【００１６】
本発明は純粋伝導現象を介するＥＨＤポンピングを例示する。この分野で非常に制限された研究が行われてきており、この領域で刊行された論文の大部分は、電歪力（式（１）の第３項）が等温の液体に発生する正味の流れをもたらすという誤った仮定を行っている。上記のように、この問題は、Ａｔｔｅｎ及びＳｅｙｅｄ−Ｙａｇｏｏｂｉ［２］による最近の研究で言及され、明らかにされている。本発明の１つの適用は、極微重力環境下において動作される二相ループ（例えば毛管ポンプループ又はヒートパイプ）用のＥＨＤポンプである。このポンプは、コンデンサー部から蒸発器部への液体戻り通路（等温液体）内に組み込まれている。単純なデザインであり、可動部分がなく、軽量であり、印加する電界を変化させることにより性能を迅速に制御することができ、低消費電力であるということは全て、ＥＨＤ伝導ポンプを適用する場合の利点である。しかしながらこの技術の適用が等温及び非等温単相液体に適切に適用可能であるということが認識されなければならない。
【００１７】
理論的検討
一般に広い範囲の印加電圧に対する電流対電圧曲線は、著しく非線形的であり、３つの異なる領域に分類することができる。低電界領域では、溶解した電解質不純物によって大部分において線形的な挙動を示す［３］。液体が極わずかな数のイオンを含んでいると（例えば不純物のために）、固体表面上の静電荷は液体内の対イオンに引き寄せられる。固体表面の電荷と液体内の釣り合い電荷の再配列が電気的な二重層と呼ばれる。静電的な相互作用によって、固体表面付近のイオン濃度は、固体表面から離れているバルク液体のイオン濃度よりも高い。固体表面に隣接する個所には、固体表面に強く引き寄せられ、動かないイオン層が存在する。この層はコンパクト層と呼ばれ、一般に０．５ｎｍの厚みを有する。コンパクト層から均一なバルク液体まで、イオン濃度はバルク流体のイオン濃度にまで徐々に低下する。この領域のイオンは静電的な相互作用により小さな作用を受け、流動的である。この層は、電気的な二重層の拡散層と呼ばれる。拡散層の厚みは、バルク液体のイオン濃度及び液体の電気的特性に依存する［４］。この低電界領域下では、主に解離した分子によって生成される正イオン及び負イオンによって伝導する。解離と再結合は動的に平衡している。
【００１８】
Ａ＋Ｂ⇔Ａ＋＋Ｂ−
１ｋｅＶ／ｃｍを超える電界が印加されると、解離の速さが再結合の速さを超え、さらにその割合はより高い電界で増大する。したがって拡散層から離れた個所では、解離と再結合反応が平衡状態にない非平衡層が存在する［５］。
【００１９】
この領域での伝導機構は、主にイオン解離とヘテロ電荷の生成、すなわちその電荷に隣接する電極の極性とは反対の極性を有する電荷の生成によって主に生じる。この領域での電流対電圧の挙動は、電圧の増大に伴いわずかに電流が増加するに過ぎない半オーミック性を示す。このヘテロ電荷層の厚みは、動作流体の対応する緩和時間と局所電界の強さに比例する。この領域は、純粋伝導ポンピング機構に直接関係する。図１に示すように、電極とヘテロ電荷層の間の引力は、液体側から電極側に電極近傍で流体の動きを誘導する。この電極構成の場合、リング状接地電極周囲の軸方向の正味の動きは、幾何学的な対称性によってほとんど相殺される。したがって高電圧電極周囲の動きのみが正味の軸方向の流れに寄与することとなる。電界は曲率半径の小さな電極近傍で高いので、対応するヘテロ電荷層の厚みとそれを横切る圧力は同様に高くなる。Ａｔｔｅｎ及びＳｅｙｅｄ−Ｙａｇｏｏｂｉ［２］は、針−平板構成において結果生じる力が次式により分析的に表現可能であると見積もった。
【００２０】
Ｆ＝（−３π／８）（εＶ２／（ｌｎ（Ｒ／ｒ０））２）
ここでｒ０は高電圧電極の半径であり、Ｒはポンピング部の半径である。この式は、純粋伝導ポンピングによる力又は圧力生成が印加電圧の平方に依存し、誘電率に比例することを意味する。
【００２１】
高電界領域（約１００ｋｅＶ／ｃｍ）において、電極から液体内へのイオンの注入のために、電圧の増大に伴って電流は突然急激に増加する。この現象は、電極−液体界面における電気的な反応により主に制御され、したがって電極の構成及び幾何学的配列に決定的に依存する［６］。この電界レベル以上では、イオン吸引ポンピング機構が優勢となる。
【００２２】
図２は、純粋伝導ポンピング現象を調べるために使用される装置を概略的に示すものである。これは、ＥＨＤポンピング部、透明な圧力測定部、接続管状部を含む。五対の電極までポンピング部に直列に配置される。高電圧電極が、高電圧低電流直流電源（Ｇｌａｓｓｍａｎ ＥＷ５０Ｒ１２）に接続されている。正の極性の直流電圧が高電圧電極に印加される。リング状電極は電気的に接地されている。圧力測定部は、傾斜が１０〜９０度であるガラスマノメータである。３つの異なるデザイン（三針、中空管状、ピン針）を高電圧電極として詳細に調べた。接地電極は、ポンピング部の内側管壁と直に接した単純なリングから形成されている。これらの接地電極は、リング状に設計され、先のセクションで議論したように、高電圧電極によって生成される正味の軸方向の流れを妨害することがない。さらにリング状の接地電極は、無視できる程度の抵抗係数しかもたらさない。
【００２３】
図３、４、５は、それぞれ三針構成高電圧電極、中空管状構成高電圧電極、ピン針構成高電圧電極を、管状部の内側に組み込んだ電極対を示す。三針電極とピン針電極は鋼から形成され、一方中空管状電極は真鍮から形成されている。接地リング状電極はステンレス鋼から形成されている。高電圧電極及び接地電極は被覆されていないが、しかしながらそれらはイオン注入を低減するように仕上げられている。動作流体はＲ−１２３冷却剤である。全ての実験を２５℃の流体温度において行った。この温度において、Ｒ−１２３の誘電率、伝導率、密度は、それぞれ４２．７８ｐＦ／ｍ、２．７×１０−８Ｓ／ｍ、１４６４ｋｇ／ｍ３であった。
【００２４】
次のセクションに示すデータに関連する誤差は、主に装置（図２参照）の圧力測定部における高さの相違の測定によるものである。印加する電圧の範囲を１０〜２０ｋＶにのみ注目して、圧力水頭発生における最大誤差は、三針構成高電圧電極、中空管状構成高電圧電極、ピン針構成高電圧電極に対してそれぞれ３．５％、０．８％、３．７％であった。これらの最大誤差は、上記の印加電圧範囲内で発生される最小圧力水頭であるため、１０ｋＶに対応する。電圧及び電流値に対する不確定性の最大値は、それぞれ２．０％及び１．５％であった。
【００２５】
ポンプによって発生される圧力水頭及び対応する電流レベルは、印加電圧の関数として以下に示される。その結果は全て三針電極構造に対して得られたものである。図６、７は、三針高電圧電極に対する印加電圧の関数として、それぞれ発生された圧力と対応する電流を示す。最大到達圧力水頭は、五対の電極に対して、２０ｋＶ、０．７Ｗの消費電力を加えた場合に、おおよそ２６９Ｐａであった。より高い圧力水頭は、電極対の数を増やすことによって達成することができる。
【００２６】
図８、９は、それぞれ中空管状構成高電圧電極に対する印加電圧の関数として、発生した圧力及び消費電流を示す。この構成によって達成された最大圧力水頭は、五対の電極を使用して、２０ｋＶ、０．５７Ｗの消費電力を加えた場合に、おおよそ１０３４Ｐａであった。図６、８によれば、三針電極構造及び中空管状電極構造によって発生された圧力は、印加電圧の平方にほぼ依存し、これは、Ａｔｔｅｎ及びＳｅｙｅｄ−Ｙａｇｏｏｂｉ［２］によって示された理論的なモデルと一致する。
【００２７】
圧力の発生は電力を供給される電極対の数に比例するが、しかしながらそれは、各電極対において発生される圧力の算術的な合計よりも小さい。これは、部分的に、隣接する電極対間の間隔が個別の高電圧電極と対応する接地電極の間の間隔よりもはるかに大きくとも、隣接する電極対間の負の相互作用のためである。図７、９の電流対電圧曲線は、電流レベルが非常に低く、かつ印加電圧とともにわずかに増加することを示し、これは、オーミック又は半オーミック挙動を示し、完全に又は部分的にイオン注入が存在しないことを示唆している。図７、９に示す電流のデータは、動作の最初の１０分の間に得られたものである。
【００２８】
ピン針構成高電圧電極に対する個別の結果は、ここではあからさまに示さない。しかしながら発生される圧力は三針構成電極及び中空管状構成電極のものよりも小さい。図１０は、３つの電極構成に対する印加電圧の関数として、発生した圧力を示す。図１０に示すデータは、五対の電極を使用して得たものである。中空管状構成電極は、他の２つの電極構成よりもより良い性能をもたらす。これは、主に他の２つの構成と比較して中空管状構成にはより高い有効な突起領域（軸方向に垂直な）があるためである。加えて、三針構成及びピン針構成と比較して、高電圧電極の縁部と接地電極との間のより小さな間隔がより高い電界を結果生じるため、中空管状構成では性能がよりよくなる。中空管状電極で達成される最大圧力水頭は、２０ｋＶにおいて１０３４Ｐａであるが、三針電極及びピン針電極ではおおよそ２７０Ｐａである。
【００２９】
２０ｋＶを超える印加電圧では、著しいイオン注入が起こるようになり、発生圧力の急激な低下と、電流レベルの急な増加が結果生じる。これは、２０ｋＶより低い印加電圧においては、如何なる実験でも観測されなかった。時間に対してポンプの性能を調査するために、三対の三針構成電極のポンプを、１５ｋＶで１時間以上にわたって連続的に動作させた。発生圧力は、この時間の期間全体にわたって、９０Ｐａの一定レベルをほぼ維持した。しかしながら電流レベルは、６０分において、当初の１２μＡから７μＡに低下し、その後ほぼ一定の値を保ち、これは電力消費の著しい低下を示唆している。
【００３０】
これらの発生圧力及び消費電流レベルは、それぞれ図６、７の、１５ｋＶにおける三対の電極を使用した場合の結果と完全には一致しないということに注意しなければならない。これは、図に示したデータは何回かの試験の平均であるのに対して、上記の長期にわたるデータは単一の実験に基づくことによる。図６、８、１０に示すデータは定常状態に対応する。しかしながら図７、９に示される電流値は、発生圧力のデータと異なり、高電圧の適用に続いて変化する発生圧力の大きさを素早く記録したものである。先に議論したように、所定の動作条件のために、電流は非常に長い時間を必要とし、安定した状態の値に達する。したがって図７、９に示される結果は、所定の動作条件下での最大電流値に対応する。
【００３１】
伝導現象に基づくＥＨＤポンピングを、異なる３つの構成の高電圧電極（三針、中空管状、ピン針）に対して実験的に調べた。中空管状構成高電圧電極が最も高い性能を示した。五対の中空管状構成電極におけるその最大到達圧力水頭は、２０ｋＶ、最大消費電力０．５７Ｗにおいて、１０３４Ｐａであった。より重要なことは、本明細書に示した研究が、伝導現象を介してＥＨＤポンピングの実現可能性を確認したということである。
【００３２】
参照文献
１． Ｍｅｌｃｈｅｒ， Ｊ． Ｒ．， １９８１， Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ， Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ， ＭＩＴ Ｐｒｅｓｓ．
２． Ａｔｔｅｎ， Ｐ． ａｎｄ Ｓｅｙｅｄ−Ｙａｇｏｏｂｉ， Ｊ．， １９９９， ”Ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｆｌｏｗ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｐｕｒｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｐｏｉｎｔ／Ｐｌａｎｅ Ｇｅｏｍｅｔｒｙ Ｔｈｅｏｒｙ”； Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １３ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄｓ， ＣＤ ＲＯＭ， Ｎａｒａ， Ｊａｐａｎ．
３． Ｆｅｌｉｃｉ， Ｎ． Ｊ．， １９７１， ”Ｄ．Ｃ． Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｌｉｑｕｉｄ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ”， Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ， Ｖｏｌ． ２， Ｎｏ． ３， ｐｐ．９０−９９．
４． Ｙａｎｇ， Ｃ． ａｎｄ Ｌｉ， Ｄ．， １９９８， ”Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｋｉｎｅｔｉｃ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｌｉｑｕｉｄ Ｆｌｏｗ ｉｎ Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ Ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌｓ”， Ｃｏｌｌｏｉｄｓ ａｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅｓ， Ａ ：Ｐｈｙｓｉｃｏ−ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｓｐｅｃｔ １４３， ｐｐ． ３３９−３５３．
５． Ｚｈａｋｉｎ， Ａ． Ｌ．， １９９８， ”Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｓ ｉｎ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄｓ”， Ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ， ｅｄｉｔｅｄ ｂｙ Ａ． Ｃａｓｔｅｌｌａｎｏｓ， Ｃｈａｐｔｅｒ ６， Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｗｉｅｎ Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ．
６． Ｒｉｃｈｔｅｒ， Ａ． ａｎｄ Ｓａｎｄｍａｉｅｒ， Ｈ．， １９９０， ”Ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｍｉｃｒｏｐｕｍｐ”， ３ｒｄ ＩＥＥＥ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ， ＩＥＥＥ ＭＥＭＳ−９０， Ｎａｐａ Ｖａｌｌｅｙ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ， ＵＳＡ．
【図面の簡単な説明】
【図１】
純粋伝導ポンピング機構を概略的に示す図である。
【図２】
静的なＥＨＤポンプを概略的に示す図である。
【図３】
三針の高電圧電極とリング状の接地電極（二対を示す）により組み立てられた構成を概略的に示す図である。
【図４】
中空管状の高電圧電極とリング状の接地電極（二対を示す）により組み立てられた構成を概略的に示す図である。
【図５】
ピン針の高電圧電極とリング状の接地電極（二対を示す）により組み立てられた構成を概略的に示す図である。
【図６】
三針構成高電圧電極に印加した電圧に対して発生する圧力を示すグラフである。
【図７】
三針構成高電圧電極に印加した電圧に対する電流を示すグラフである。
【図８】
中空管状構成高電圧電極に印加した電圧に対して発生する圧力を示すグラフである。
【図９】
中空管状構成高電圧電極に印加した電圧に対する電流を示すグラフである。
【図１０】
３つの高電圧電極構成を五対使用して、これに印加した電圧に対して発生する圧力を示すグラフである。
【図１】
2004504797.tif 000004
【図２】
2004504797.tif 000005
【図３】
2004504797.tif 000006
【図４】
2004504797.tif 000007
【図５】
2004504797.tif 000008
【図６】
2004504797.tif 000009
【図７】
2004504797.tif 000010
【図８】
2004504797.tif 000011
【図９】
2004504797.tif 000012
【図１０】
2004504797.tif 000013
【国際公開パンフレット】
2004504797.tif 000014
2004504797.tif 000015
2004504797.tif 000016
2004504797.tif 000017
2004504797.tif 000018
2004504797.tif 000019
2004504797.tif 000020
2004504797.tif 000021
2004504797.tif 000022
2004504797.tif 000023
2004504797.tif 000024
2004504797.tif 000025
2004504797.tif 000026
2004504797.tif 000027
2004504797.tif 000028
2004504797.tif 000029
2004504797.tif 000030
2004504797.tif 000031
2004504797.tif 000032
2004504797.tif 000033
2004504797.tif 000034
2004504797.tif 000035
2004504797.tif 000036
2004504797.tif 000037
2004504797.tif 000038
2004504797.tif 000039
2004504797.tif 000040
2004504797.tif 000041
2004504797.tif 000042
2004504797.tif 000043
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004504797.tif 000044
2004504797.tif 000045
【国際調査報告】
2004504797.tif 000046
2004504797.tif 000047
2004504797.tif 000048