(57)【要約】【課題】  駆動する部材が無くても流体を流すための力を加えることができて故障の発生原因を抑えることができ、しかも、例えば、流体が海水であっても電気分解が起きず塩素が発生しないため無害である流体送り装置を提供することを目的とする。【解決手段】  電解質の液体１を流すための流路部２と、コイル35が巻設され流路部２内に磁界を生じさせる電磁石３と、磁界の向きに直交するように対向状に流路部２に配設された一対の電極４，４と、を備える。そして、電磁石３のコイル35と電極４，４を直列接続して、交流電圧を付加する。また、交流電圧を供給する交流電源Ｖと電磁石３と電極４，４から成る回路が直列共振回路である。そして、コイル35と電極４，４に、正弦波交流を位相が同じとなるように流す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質の液体（１）を流すための流路部（２）と、コイル（35）が巻設され該流路部（２）内に磁界（Ｂ）を生じさせる電磁石（３）と、該磁界（Ｂ）の向きに直交するように対向状に該流路部（２）に配設された一対の電極（４)(４）と、を備え、上記電磁石（３）の上記コイル（35）と上記電極（４)(４）を直列接続して、交流電圧を付加することを特徴とする流体送り装置。
【請求項２】
上記交流電圧を供給する交流電源（Ｖ）と上記電磁石（３）と上記電極（４)(４) から成る回路が直列共振回路である請求項１記載の流体送り装置。
【請求項３】
上記コイル（35）と上記電極（４)(４) に、正弦波交流を位相が同じとなると共に電流の大きさが等しくなるように流す請求項１又は２記載の流体送り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプやモータとして使用される流体送り装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の流体送り装置として、例えば、船体に設けられて、永久磁石によって海水に一定方向の磁界を掛けると共に、海水に対し、磁界に直交する方向へ一対の電極間で直流電流を流すことで、海水には、磁界と電流に直交する方向（フレミング左手の法則で説明される方向）へ力が作用し、その作用力と反対方向の反作用力が推進力となって船体を推進させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−６８８７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のこの流体送り装置では、電極間において海水（塩水）に直流電流が流れて電気分解が起こるため、陽極に塩素ガスが発生し、非常に有害である。従って、船体の推進ポンプとして用いるのは現実的ではない。
【０００４】
そこで、本発明は、駆動する部材が無くても流体を流すための力を加えることができて故障の発生原因を抑えることができ、しかも、例えば、流体が海水であっても電気分解が起きず塩素が発生しないため無害である流体送り装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係る流体送り装置は、電解質の液体を流すための流路部と、コイルが巻設され該流路部内に磁界を生じさせる電磁石と、該磁界の向きに直交するように対向状に該流路部に配設された一対の電極と、を備え、上記電磁石の上記コイルと上記電極を直列接続して、交流電圧を付加するものである。
【０００６】
また、上記交流電圧を供給する交流電源と上記電磁石と上記電極から成る回路が直列共振回路である。
また、上記コイルと上記電極に、正弦波交流を位相が同じとなると共に電流の大きさが等しくなるように流すものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、次のような著大な効果を奏する。
本発明に係る流体送り装置は、電解質の流体を流すための流路部と、流路部内に磁界を生じさせる電磁石のコイルと、磁界の向きに直交するように対向状に流路部に配設された一対の電極と、を直列接続して交流電圧を付加したので、液体に電磁力を加えることができて、酸性やアルカリ性の液体や、医薬品や、食品や、血液等の様々な液体を流すことができる。そして、ターボポンプ等のように羽根車やモータ等のような機械的な動力源がなくても液体を圧送することができるので、故障の原因を抑えることができる。また、液体が流路部内や管路により完全に密閉状態に保たれるので、漏れの発生のおそれがなく、かつ、衛生面でも優れる。
そして、液体が、例えば海水であっても電気分解が起こるのを防ぐことができるので、塩素ガスが発生することがなく、無害である。
また、交流電源と電磁石と電極から成る回路が直列共振回路であり、コイルと電極に、正弦波交流を位相が同じとなるように流すので、液体に効率よく電磁力を掛けて送ることができる。また、液体にジュール熱が発生するのを抑えることができるので、液体の温度上昇を防ぐことができる。そして、電気抵抗が小さいので、効率よく液体を送ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、実施の形態を示す図面に基づき、本発明を詳説する。
図１〜図４は本発明に係る流体送り装置の実施の一形態を示し、電解質の液体１が流れる流路部２と、コイル35が巻設され流路部２内に磁界Ｂを生じさせる電磁石３と、磁界Ｂの向きに直交するように対向状に流路部２に配設された一対の電極４，４と、を備える。流路部２は、絶縁材料から成る絶縁ケース５の内部に形成され、絶縁ケース５には、流体が流れる一対の管路６，６が接続されると共に、一対の電極４，４が対向状に付設される。具体的には、絶縁ケース５は、絶縁材から成る６つの面板15…を直方体形状に形成したものであり、６つの面板15…のうちの対向する１組の面板15Ａ，15Ａの内面に、板状の電極４，４が平行に付設される。かつ、他の１組の相互に対向する面板15Ｂ，15Ｂには、夫々、流路部２に連通する管路６が接続され、両管路６，６の成す流路の方向は、一対の電極４，４が向き合う方向に対して直交するように配設される。
【０００９】
電磁石３は、略コの字形状（門型）のケイ素鋼板を積層して成り、一対の対向壁部31，32とこれらを連結する中間壁部33とを有する磁性体部30と、磁性体部30の中間壁部33に巻設されたコイル35と、を備え、一対の対向壁部31，32の対向面は平行となるように形成される。そして、絶縁ケース５が、対向壁部31，32間に配設される。このとき、絶縁ケース５の６面板15…のうち（上記の面板15Ａ，15Ｂとは）別の対向する１組の面板15Ｃ，15Ｃが、対向壁部31，32に平行に対向する。かつ、対向壁部31，32が向き合う方向は、一対の管路６，６の成す流路の方向、及び、一対の電極４，４が向き合う方向に対して、直交するように設定される。なお、図１，図３，図４ではコイル35は一重巻の図示としたが、多重に巻設されている。
【００１０】
そして、配線９により、電磁石３のコイル35と電極４，４が直列接続され、かつ、交流電圧が付加される。このように、コイル35と、電極４，４と、交流電圧を供給する交流電源Ｖとによって、直列回路８が形成される。コイル35の一端35ａは、電磁石３の一方の電極４Ａに電気的に接続される。また、直列回路８の配線９にはＯＮ・ＯＦＦ用のスイッチ７が接続される。
【００１１】
この流体送り装置は、例えば、液体１を流すための（イオン・リニアモーター型）ポンプ等に用いられる。そして、電磁力Ｆがはたらいて流れる液体１は、酸性やアルカリ性の水溶液や、各種液状医薬品や、液状食品や、血液等多岐にわたり、広い分野で液体圧送用のポンプとして使用される。
【００１２】
次に、本発明の流体送り装置の使用方法・作用について説明する。
図１，図２の直列回路８において、絶縁ケース５の内部の流路部２と、管路６，６内部は密閉状態であり、酸性やアルカリ性の水溶液や、各種液状医薬品や、液状の食品や、血液等の液体１が満たされている。そして、スイッチ７をＯＮにして交流電源Ｖを入れると、直列回路８にかかる電圧ｖと時間ｔとの関係は図５に示したグラフのようになる。この直列回路８においては、コイル35と電極４，４間には、同じ位相の正弦波交流の電流Ｉ3 ，Ｉ4 が流れる。このとき、コイル35に電流Ｉ3 が流れ、電磁石３の対向壁部31，32間には磁界Ｂが発生する（図３，図４参照）。
【００１３】
次に、流路部２内の液体１に掛かる電磁力Ｆについて、フレミングの左手の法則に則して説明する。なお、説明するために、図２〜図４においては、電極４，４のうちコイル35に近い方を左側の電極４Ａとして、左右方向を設定する。また、電磁石３を、一対の対向壁部31，32が夫々上下となるように、配設する。
図５のｔ1 で示した時間においては、図３に示したように、電極４，４間の電流Ｉ4 が右方向に流れると共に、磁界Ｂは上向きになるように設定する。このとき、液体１には、電磁力Ｆが、フレミング左手の法則で説明されるように、紙面手前方向にはたらく。
次に、図５のグラフでｔ2 で示した時間になると、図４に示したように、電極４，４間を流れる電流Ｉ4 が、時間ｔ1 の場合とは反対の左方向に流れると共に、コイル35に流れる電流Ｉ3 の向きも同時に反対となって（図２の点線の矢印の方向）、磁界Ｂは下向きに変わる。即ち、流路部２において、液体１に掛かる磁界Ｂの方向と電流Ｉ4 の方向が同時に反対向きになり、このとき、液体１に掛かる電磁力Ｆは、フレミング左手の法則で説明されるように、時間ｔ1 の場合と同じく紙面手前方向である。
即ち、上述したように、コイル35と電極４，４間に夫々流れる電流Ｉ3 ，Ｉ4 が同じ位相なので、交流電源Ｖの電圧ｖの向きが可変するのに伴って両電流Ｉ3 ，Ｉ4 の向きが同時に変わる。よって、液体１に掛かる電磁力Ｆの向きは不変であり、液体１は管路６及び流路部２を、一方向にのみ流れ続ける。
【００１４】
ここで、液体１に流れる電流Ｉ4 に対する電磁力Ｆをビオ・サバールの法則から導くと、Ｆ＝Ｉ4 ×μＨになる。ここで、Ｈは変動磁界ベクトルであり、μは液体１の透磁率、×は外積である。すると、（−Ｉ）×（−Ｈ）＝Ｉ×Ｈなので、電流と磁界の方向が同時に逆転しても、Ｆの方向は一定であることがこの法則からも説明できる。
【００１５】
また、変位電圧ｖと変位電流Ｉの位相がほぼ一致する理由を説明すると、液体１中の＋イオン粒子と−イオン粒子が互いに反対方向のクーロン力を受け、反対方向に振動するが、水分子などの分子間の引力によって慣性力は打ち消されている。そのため、60Hz程度の家庭用電源等の低周波の電源では、電界の振動（変位電圧）とイオンの振動による変位電流との位相の差は非常に少ないためである。
【００１６】
この直列回路８では、２枚の電極４，４間の液体１が、交流電圧に対して、全体でコンデンサーの働きをする。
電極４付近では、交流電流の１周期の間（例えば、家庭用電源では１／60秒）に電気分解が起こりにくくなっている。前半周期でプラスイオン・マイナスイオンと両電極４，４の間で電子のやり取りが行われ、電気分解が起こるが、後半周期で電位が逆向きになった瞬間、燃料電池の電極付近と同じように、電極４，４でイオンとの間に、逆向きの電子のやり取りが行われ、結果的に１周期の間では電気分解も少ない。１周期の間のエネルギーロス（熱エネルギーに変わる分）も、同じ電流の大きさの直流電流の場合より、かなり少ない。なお、コンデンサーのキャパシティは、溶けている物質の種類・濃度や、電極４，４の間隔・面積によって違ってくる。
この直列回路８を、ＲＬＣ直列回路と考えると、固有共振振動数は下記の数１のように表わされる。
【数１】
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この固有共振振動数で直列回路８を直列共振回路に設定するとき、最も効率よく液体１を送ることができる。
そして、この直列回路８に高周波電流を流すと、コイル35がつくる変動磁界によって、電極４，４間の液体１中に発生する誘導電流が大きくなり、それによって発生するジュール熱も大きくなる。よって、低周波電流のほうが、ジュール熱の発生も少ない。
また、コイル35と電極４との接続を逆向きにすれば、位相がπ（180 °）だけずれるので、液体１には上述と正反対の方向へ電磁力Ｆがかかり（図３，図４においては紙面奥側）、液体１は上述したのと正反対の方向へ一定に流れる。
【００１７】
そして、本発明の流体送り装置を備えた（イオン・リニアモーター型）ポンプを作製することで、ターボポンプ等のように羽根車やモータ等のような機械的に動くものがなくても液体１を圧送することができ、故障の原因を抑えることができる。また、流路部２や管路６により液体１が密閉されており、漏れの発生のおそれもなく、衛生面でも優れる。
そして、液体１に電気分解が起こらないことから、例えば、海水であっても、塩素ガスが発生するおそれがないので、無害である。
また、本発明の流体送り装置を用いたポンプを作製すれば、上述のように、液体１に対して電磁力Ｆを掛けて送ることができるので、流体金属以外の電解質を送ることが可能となり、様々な用途に用いることができる。
【００１８】
なお、絶縁ケース５は、上述のように６つの面板15…から直方体形状に形成され流れと直交する断面が矩形状の場合を示したが、これを、断面円形や楕円やトラック形状に形成してもよい。この場合でも、電極４，４は、弧状等として対向配置される。
また、この流体送り装置は、液体に交流電流を流すと共に磁界を掛けた場合に、液体には電磁力が働くことを、教育用に説明することができ、フレミングの左手の法則を教える教材としても適している。
【００１９】
以上のように、本発明に係る流体送り装置は、電解質の液体１を流すための流路部２と、コイル35が巻設され流路部２内に磁界Ｂを生じさせる電磁石３と、磁界Ｂの向きに直交するように対向状に流路部２に配設された一対の電極４，４と、を備え、電磁石３のコイル35と電極４，４を直列接続して、交流電圧を付加するものなので、液体１に電磁力Ｆを加えて、酸性やアルカリ性の液体や、医薬品や、食品や、血液等を送ることができる。よって、ターボポンプ等のように羽根車やモータ等のような機械的に動くものがなくても液体１を圧送することができるので、故障の原因を抑えることができる。また、液体１が流路部２内や管路により完全に密閉状態に保たれるので、漏れの発生のおそれがなく、かつ、衛生面でも優れる。
そして、液体１が電気分解を起こすのを防ぐことができるので、圧送する液体が海水の場合に塩素ガスが発生することがなく、無害である。
【００２０】
また、交流電源Ｖと電磁石３と電極４，４から成る回路が直列共振回路であるとき、液体１に効率よく電磁力Ｆを掛けて送ることができる。しかも、電気分解の発生を防ぐことができるので、海水の場合に、塩素ガスが発生せず、無害である。また、液体１にジュール熱が発生するのを抑えることができるので、液体１の温度上昇を防ぐことができる。
【００２１】
また、コイル35と電極４，４に、正弦波交流を位相が同じとなると共に電流の大きさが等しくなるように流すので、液体１に効率よく電磁力Ｆを掛けて送ることができる。しかも、電気分解の発生を防ぐことができるので、海水の場合に、塩素ガスが発生せず、無害である。また、液体１にジュール熱が発生するのを抑えることができるので、液体１の温度上昇を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る液体送り装置の実施の一形態を示す斜視図である。
【図２】説明用断面平面図である。
【図３】説明用要部断面正面図である。
【図４】説明用要部断面正面図である。
【図５】電圧と時間の関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  液体
２  流路部
３  電磁石
４  電極
35  コイル
Ｂ  磁界
Ｖ  交流電源
【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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