(57)【要約】      （修正有）【課題】水を電気分解して発生させたガスの圧力で作動する作動装置を用いたポンプにおいて、長期間ポンプを動作させるために、ポンプが送出する液体の補充や発生したガスの処理などを容易におこなうことのできる方法を提供する。【解決手段】ポンプは流体貯蔵部を有し、流体貯蔵部内部に変形可能な状態のガス室を設け、ガス室内部に水を電解する金またはカーボン電極を設けている。ガス室はガス通気部を有しており、電気分解によって発生した作動装置内のガスを排出可能な機構となっており、流体を前記流体貯蔵部内部へ再充填可能としている。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス室と、該ガス室内に設置され水を電気分解する電極と、を有し、電気分解で発生したガスにより該ガス室を加圧することで駆動する作動装置を使用したポンプであって、
前記ポンプには送出する流体を貯蔵する流体貯蔵部を有し、前記流体貯蔵部内に前記作動装置のガス室が変形可能な状態で設けられており、前記ガス室はガス通気部を有し、前記ガス室内のガスを前記ガス通気部を通して排出することで流体を前記流体貯蔵部内へ再充填可能であることを特徴とするポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のポンプであって、
前記電極が金またはカーボンである
ことを特徴とするポンプ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のポンプであって、
前記ガス室に前記ガス通気部を通してガスを注入することで前記流体貯蔵部内の流体を送出可能であることを特徴とするポンプ。
【請求項４】
請求項１から３のうち一項に記載のポンプであって、
前記ガス通気部と前記ガス室の間に液体が透過できないフィルタを有することを特徴とするポンプ。
【請求項５】
請求項１から４のうち一項に記載のポンプであって、
制御部と、前記流体貯蔵部内の流体残量を検知する流体残量検知部と、を有し、
前記制御部は、
前記流体残量検知部が検知する流体残量が所定値未満になった場合に前記ガス室内のガスを前記ガス通気部を通して排出し流体残量が前記所定値以上となるよう前記流体貯蔵部に流体を補充すること、
あるいは、
前記流体残量検知部が検知する流体残量がゼロになるよう前記ガス室へ前記ガス通気部を通してガスを注入し前記流体貯蔵部内の流体を全て送出すること、
あるいは、
前記流体残量検知部が検知する流体残量が最大になるよう前記ガス室より前記ガス通気部を通してガスを排出し前記流体貯蔵部内へ流体を最大限充填すること、
を特徴とするポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な流体制御を行うガス式作動装置を用いたポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスを発生させその圧力で流体を微少制御する装置として、ガスの発生源を水の電気分解に求めるものが提案されている（ＵＳ４５２２６９８、特開平０８−０１０６０５、など）。
これらは、電気分解によって発生したガス（水素と酸素）が白金電極によって再結合することを防止するため、生成されたガスの水素または酸素を分離して外部に放出させる機能を有している。一方、同様な方式で白金電極によって発生したガス（水素および酸素）を混合した状態においてベローズ形状のガス室を駆動させ、再度、白金電極の触媒機能を利用して生成したガス（水素および酸素）を再結合させることで水に戻し、再度利用する方法が提案されている（ＵＳ０８３０８６８６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許Ｎｏ．４５２２６９８公報
【特許文献２】特開平０８−０１０６０５公報
【特許文献３】米国特許Ｎｏ．８３０８６８６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
（送出液体再充填問題）
しかしながら、ＵＳ４５２２６９８や特開平０８−０１０６０５のような技術では、ポンプ内部の貯蔵室の（ポンプとして外部へ送出する対象としての）液体を排出後に再度充填することが考慮されていない。
【０００５】
（再結合時間長期化問題）
また、ＵＳ０８３０８６８６で示された再充填方法は白金の触媒とした水素と酸素の再結合作用を利用するため、貯蔵室へ液体を再充填することが可能となる時間は再結合の速度に依存するが、この速度は時間の経過とともに指数関数的に減少するため、ガス室内に存在する水素と酸素を全て再結合させるまでには長い時間を要するため現実的ではない。
【０００６】
（電極コスト問題）
更に、電極の面積を増加させ再結合の反応を加速する方法も考えられるが、触媒作用を有するのは白金などの貴金属が多くコスト面でも問題がある。
【０００７】
（耐圧構造問題）
加えて、再結合が完全に完了した場合、ガス室および貯蔵室は真空となっており、（ベローズ状などの）ガス室や液体の貯蔵室を真空に耐えうる構造にする必要がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、従来、再結合に時間とコストを要していたものが、任意の時間にかつ低コストに再充填を可能にするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のポンプは、
「ガス室と、ガス室内に設置され水を電気分解する電極と、を有し、電気分解で発生したガスによりガス室を加圧することで駆動する作動装置を使用したポンプであって、
ポンプには送出する流体を貯蔵する流体貯蔵部を有し、流体貯蔵部内に作動装置のガス室が変形可能な状態で設けられており、ガス室はガス通気部を有し、ガス室内のガスをガス通気部を通して排出することで流体を流体貯蔵部内へ再充填可能である」
ことを特徴としている。
この特徴により、本発明のポンプの送出対象となる流体の貯蔵部に入力弁を有する吸入口と出力弁を有する送出口を設ければ、ガス室内のガスをガス通気部を通して排出することで、外部より流体を貯蔵部へ吸入することができ、結果として流体を再充填することが可能となる。
【００１０】
なお、本発明のポンプの電極は
「金またはカーボン」
としても良い。
これにより、白金のような水素と酸素の再結合機能を有する金属電極と異なり、水素と酸素を再結合させない安定したガス室環境を構築することができ、結果としてポンプの制御精度が向上する。
【００１１】
更に本発明のポンプは、
「ガス室にガス通気部を通してガスを注入することで流体貯蔵部内の流体を送出可能である」
ことを特徴としている。
この特徴により、ガス室へ電気分解由来では無い外部からのガスを導入して押圧し、流体貯蔵部内に存在する流体を外部へ送出することができる。
このことにより、電気分解発生ガスによる微小な流体送出制御以外に高速な流体送出が可能となったり、或いはガス室内の水を浪費せずに流体貯蔵部内の流体入替が可能となったりする。
【００１２】
加えて本発明のポンプは、
「ガス通気部とガス室の間に液体が透過できないフィルタを有する」
ことを特徴としている。
この特徴により、ガス室内の液体（電気分解の対象となる水）がガス通気部を通じて外部へ漏洩する危険が無くなり、結果として本発明のポンプは設置姿勢の制約を受けないという利点を有する。
【００１３】
また、本発明のポンプは、
「制御部と、流体貯蔵部内の流体残量を検知する流体残量検知部とを有し、
制御部は、
流体残量検知部が検知する流体残量が所定値未満になった場合にガス室内のガスをガス通気部を通して排出し流体残量が所定値以上となるよう流体貯蔵部に流体を補充する
あるいは、
流体残量検知部が検知する流体残量がゼロになるようガス室へガス通気部を通してガスを注入し流体貯蔵部内の流体を全て送出する
あるいは、
流体残量検知部が検知する流体残量が最大になるようガス室よりガス通気部を通してガスを排出し流体貯蔵部内へ流体を最大限充填する」
ことを特徴とする。
この特徴により、ポンプの利用者の望みに応じて、常に一定量以上の流体を流体貯蔵部に貯蔵したり、流体の貯蔵量をゼロとするようにしたり、流体の貯蔵量を流体貯蔵部の可能な最大量となるようにしたりすることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によりガス式作動装置としての高精度な動作を実現可能としながら、これを用いたポンプにおいて送出液体再充填問題・再結合時間長期化問題・電極コスト問題・耐圧構造問題が解決できる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明のポンプの作動装置は、流体（主に液体）ポンプの液体貯蔵庫（流体貯蔵部）内にベローズ（提灯）状のガス室として配置する。なお、流体としては液体以外に気体やジェル状物体・流動性の高い粉末状物質も含むものとするが、本実施例では液体と仮定する。
液体貯蔵庫から液体は逆止弁を通過して外部へ送出される。従って、貯蔵庫の容量以上の液体を送出する場合には液体貯蔵庫へ外部より液体を補充する必要がある。
ガス室内には電極と電気分解してガスを発生させる素となる液体（本実施例では水、前述のポンプとして送出する液体とは別）が内包されている。
以降、電気分解の対象となる液体を「電解液」、ポンプとして送出する対象となる液体を「送出液」、と表現する。
【００１７】
ガス室は密閉構造であり、電極に電圧を印加して電気分解を行い、ガス（水素と酸素）が発生するがそのままガス室内に留まり、ガス室内の圧力を上昇させる。圧力上昇に伴い液体貯蔵庫内の送出液が押圧され、逆止弁を通して外部へ送出される。
送出液が外部へ送出されることにより液体貯蔵庫内の送出液の残量が減り、ガス室の容積が増え、ガス室内の圧力が低下する。ガス室内の圧力が外部気圧と平衡した時点で送出液の送出が停止する。
【００１８】
この送出された送出液の容量はガス室内で発生したガス（水素と酸素）の量と等しい。また、発生したガスの量は電極間に流れた電荷に比例する。その為、外部の制御装置で電流量を計測できれば発生するガスの量を正確に計算でき、送出する送出液の量を精度高く制御することができる。
【００１９】
本実施例において電解液は水を想定している。常温では電気分解により水から１３００倍近い体積のガス（水素と酸素）を発生させることができる。ガス室を密閉構造としてあってもガス室内の電解液の量からかなりの体積のガスを発生することができ、同量の送出液を外部へ送出する能力を持つことができる。
【００２０】
このように、本実施例のガス室の内部では水素と酸素が混在する状況である。一般には電気分解の電極として効率の高い白金などを用いるが、水素と酸素が混在する状況において電極に白金などの再結合触媒機能を有する材料を使うことは送出制御の精度を悪化させることになる。電極として金やカーボンを使用すると白金と比べ電気分解電圧が高いので効率は悪いように見えるが、本発明のような作動装置（およびポンプ）の使用状況においては、電気分解後のガスの再結合による損失も考慮せねばならず、総合的に金やカーボンの電極の方が安定した精度と効率が実現できるのである。
なお、上記で金やカーボンといった水素と酸素の再結合機能を有さない物質を電極の材料として挙げたが、これら以外の物質を材料として採用できないということでは無く、より好ましいものとして挙げている。総体的な効率が低下することより経済的理由を優先して別の材料を採用することも可能である。
【００２１】
また、白金電極による水素と酸素の再結合作用は時間の経過と共に漸減してゆき、完全に再結合するまでにはかなりの時間を必要とする。その間、新たに電気分解を行って更に送出液を外部へ送出しようとすると、新規に発生した水素と酸素がガス室内に既存の水素と酸素に混合し、ポンプの流量を制御する上で著しく精度が悪化する。このため、電気分解によって発生した水素と酸素はガス室を押圧する機能を果した後はガス室から速やかに排除されるべきものとなるのである。
【００２２】
その為、本発明のポンプではガス室に通気部を有する。この通気部は、ガス室内の気体をポンプの外部へ排出したり、また逆に、ポンプ外部の気体をガス室へ吸入したりする機能を持つ。
通気部を通じてガスを排出したり吸入したりするためには、例えばベローズの変形を物理的な力（アクチュエーターなど）で制御する装置を用いたり、通気部附近へ排出・吸入の両方向に作動可能なファン様の装置を設けたりすることにより実現できる。
ガス室内へ外部から気体（特に水素と酸素以外）を吸入することにより、電気分解による微小・精緻な送出液制御とは異なる急速な送出を行うことができる。これは例えば緊急に送出液を送出しなくてはならなくなるような場合や貯蔵庫内の液体を空にして新たに入替を行いたい場合などに有用である。
【００２３】
また、ガス室と通気部の間には「液体が透過できないフィルタ」を設けても良い。ガス室内には電解液としての水が存在する。その為、通気部を下にするような姿勢をポンプに設定すると、通気部を通して水が外部へ漏洩してしまう。前述のフィルタを設けることにより、この様な不安はなくなり、ポンプの姿勢に対する制限がなくなる。
【００２４】
加えて、本発明のポンプには貯蔵庫の液体残量を検出する残量検出装置（流体残量検知部）と総体的な制御を行う制御装置（制御部）を有するようにしても良い。
例えば、残量が一定量以下になった場合には制御装置が作動してガス室内のガスを排出して貯蔵庫へ送出液を外部より引き込むようにすることが可能である。
或いは、外部より貯蔵庫内の送出液の残量をゼロにするような指示を制御装置が受付けた場合には、外部より通気部を通してガス室へガスを吸入してガス室を押圧し膨張させ、貯蔵庫内の送出液を残量がゼロになるまで外部へ送出するようにすることも可能である。
別の方法としては、外部より貯蔵庫内の送出液の残量を貯蔵庫の最大値となるような指示を制御装置が受付けた場合には、通気部を通してガス室のガスを外部へ排出してガス室を吸引し縮小させ、貯蔵庫内の送出液が貯蔵庫の最大量となるまで外部から送出液を引き込むようにすることも可能である。
【００２５】
以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない限り多くの改変を施すことが可能であるのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
量産可能な作動装置およびこれを使用するポンプによって流体の制御を高効率・高精度で実現でき、高い経済性と広い応用可能性を得られるなどの効果を有している。