JP2005269809A

JP2005269809A - 液体ｅｈｄポンプ

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Publication number: JP2005269809A
Application number: JP2004080401A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Hanaoka; 良一花岡; Shinzo Takada; 新三高田; Tadashi Fukami; 正深見; Hidenobu Koide; 英延小出; Yasunori Hatta; 恭典八田
Original assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT); Japan AE Power Systems Corp
Current assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT); Japan AE Power Systems Corp
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2024-03-19
Also published as: JP4523307B2

Abstract

【課題】絶縁性液体の絶縁性を維持しながら高い流動速度が得られる液体ＥＨＤポンプ（例えば、変圧器用のポンプとして使用可能な液体ＥＨＤポンプ）を提供する。
【解決手段】所定間隔を開けて対向配置された電極１，２を浸漬する液体として、菜種エステル油とハイドロフルオロカーボンＨＦＣ−４３１０（示性式：ＣＦ₃（ＣＨＦ）₂Ｃ₂Ｆ₅）とを、ハイドロフルオロカーボンＨＦＣ−４３１０の含有率が１０質量％となるように添加した混合液を用いる。
【選択図】図１

Description

この発明は、液体ＥＨＤポンプ、すなわち、液体中で発生するＥＨＤ（Electrohydrodynamic ：電気流体力学）ポンピング現象を利用したポンプに関する。

「液体中で発生するＥＨＤポンピング現象」およびこれを利用した「液体ＥＨＤポンプ」に関しては、下記の非特許文献１に詳述されている。そして、この文献には、液体中で発生するＥＨＤポンピング現象には、メカニズムの異なる３種類（イオンドラッグポンピング、誘導ポンピング、純伝導ポンピング）があると記載されている。
イオンドラッグポンピングでは、針または刃型の電極（鋭利電極）と平板電極を対向させて液体中に配置し、両電極間に、例えば１００ｋＶ／ｃｍを超える高い電界強度が得られる電圧を付与し、鋭利電極の先端から平板電極に向けて液体中にイオンを注入する。この注入イオンがクーロン力で鋭利電極から平板電極に向かうことに伴って、液体が流動する。このメカニズムでは、イオン注入を行うことから、長期間の使用によって液体が変質する可能性がある。

誘導ポンピングでは、液体の導電率の不均一性に伴って生じる誘導電荷と電界との相互作用によって、液体が流動する。液体の導電率の不均一性は、不平等な温度分布や液体の異質性により生じるため、一定温度の単一液体中で誘導ポンピングは生じない。
純伝導ポンピングでは、第１の電極および第２の電極が、所定の隙間を開けて対向配置された状態で、液体中に浸漬され、前記両電極間に所定の電界強度（例えば、１ｋＶ／ｃｍ以上１００ｋＶ／ｃｍ未満）が得られる電圧を付与する。これにより、「前記液体中の分子がイオンに解離する反応」の速度と、その逆反応である「イオンが結合して分子になる反応」の速度が異なる状態になって（例えば、逆反応の速度の方が遅くなって）、前記第１または第２の電極の対向面付近に、当該電極と異なる極性のイオンからなるヘテロチャージ層が形成され、当該電極とヘテロチャージ層との間に生じる引力の総合バランスによって前記液体が流動し、その方向が決まる。

純伝導ポンピングを利用した液体ＥＨＤポンプについては、下記の特許文献１〜５に開示されている。また、下記の特許文献６には、放熱器を別に備えた変圧器にＥＨＤポンプを設け、変圧器から放熱器に向かう絶縁油をＥＨＤポンプで上昇させることにより、配管を断熱材で覆わなくても絶縁油が変圧器に逆流しないようにすることが記載されている。このような変圧器用のポンプとして液体ＥＨＤポンプを使用する場合、絶縁性液体を使用する必要があるが、絶縁性液体中ではＥＨＤポンピング現象が生じ難い。そのため、ＥＨＤポンピング現象が生じ易い絶縁性液体が求められている。

そして、特許文献１には、疑似ドーナツ電極（円筒体の両端面が滑らかな凸状になっている形状の円筒体からなる電極）と平板電極を、疑似ドーナツ電極の前記凸状端面と、平板電極の平板面とが対向するように配置し、絶縁性液体中に浸漬させることが記載されている。使用する絶縁性液体の具体例としては、ドデカン２酸−ｎブチル（示性式：（Ｃ₄Ｈ₉ＣＯＯ）₂（ＣＨ₂）₁₀）、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート（示性式：Ｃ₄Ｈ₉（ＯＣＨ₂ＣＨ₂）₂ＯＣＯＣＨ₃）が記載されている。

非特許文献１には、ＥＨＤポンプに使用する絶縁性液体として、ドデカン２酸−ｎブチル（示性式：（Ｃ₄Ｈ₉ＣＯＯ）₂（ＣＨ₂）₁₀）、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート（示性式：Ｃ₄Ｈ₉（ＯＣＨ₂ＣＨ₂）₂ＯＣＯＣＨ₃）が記載されている。また、フッ素変性シリコーン油（ジメチルシリコーンのメチル基の４５％がトリフルオロプロピル基で置換されたもの）および変圧器油（ＪＩＳ−Ｃ２３２０）ではあまり高いポンプ圧力が得られないことが記載されている。

特許文献２には、ＥＨＤポンプ用の液体として、電気伝導度の高いフロン系溶媒Ｒ１１３（製品名：ＣＦＣ１１３、示性式：ＣＦ₃ＣＣｌ₃）を使用すること、また、この液体の電気伝導度をさらに高めるために、前記溶媒にエタノールを混合することが記載されている。
特許文献３には、ＥＨＤポンプ用の液体として、ドデカン２酸−ｎブチル（示性式：（Ｃ₄Ｈ₉ＣＯＯ）₂（ＣＨ₂）₁₀）、セバチン酸ジブチル（示性式：（Ｃ₄Ｈ₉ＣＯＯ）₂（ＣＨ₂）₈）、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート（示性式：Ｃ₄Ｈ₉（ＯＣＨ₂ＣＨ₂）₂ＯＣＯＣＨ₃）が記載されている。
特許文献４には、ＥＨＤポンプ用の液体として、冷却剤Ｒ１２３（製品名：ＨＣＦＣ１２３、示性式：ＣＨＣｌ₂ＣＦ₃）が記載されている。

特許文献５には、ＥＨＤポンプ用の液体として、ドデカン２酸−ｎブチル（示性式：（Ｃ₄Ｈ₉ＣＯＯ）₂（ＣＨ₂）₁₀）、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート（示性式：Ｃ₄Ｈ₉（ＯＣＨ₂ＣＨ₂）₂ＯＣＯＣＨ₃）が記載されている。また、フッ素変性シリコーン油および変圧器油ではあまり高いポンプ圧力が得られないことが記載されている。また、絶縁性の流体にアルコールを添加させたものを使用すること、具体的には、絶縁油に１％程度のアルコールを添加することにより、絶縁油だけとした場合よりもイオン解離が生じ易くなるため、流速を大きくできると記載されている。
特開２００２−８１４００号公報特願平６−１６５５４２号公報特開２００２−２１８１４号公報特表２００４−５０４７９７号公報特開２００３−２８４３１６号公報特開２００２−１８４６２４号公報花岡等、「液体誘電体中のＥＨＤポンピングによる液体ジェットの特性」、平成１２年電気学会基礎・材料・共通部門大会論文集、（社）電気学会、２００年９月、ｐ．７７−８２

しかしながら、上記特許文献１〜５および非特許文献１に記載の絶縁性液体を用いた液体ＥＨＤは、変圧器用のポンプとして使用可能なものではない。
本発明の課題は、純伝導ポンピングまたはイオンドラッグポンピングをメカニズムとする（特に、純伝導ポンピングをメカニズムとする）液体ＥＨＤポンプとして、特定の絶縁性液体を用いることで、液体の絶縁性と高い流動速度が得られる液体ＥＨＤポンプ（例えば、変圧器用のポンプとして使用可能な液体ＥＨＤポンプ）を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の液体ＥＨＤポンプは、第１の電極および第２の電極が、所定の隙間を開けて対向配置された状態で、液体中に浸漬されており、前記両電極間に直流電圧を付与することによりＥＨＤポンピング現象が生じる液体ＥＨＤポンプにおいて、前記液体として、ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロフルオロエーテルの少なくともいずれか一つを使用することを特徴とする。

本発明の第２の液体ＥＨＤポンプは、第１の電極および第２の電極が、所定の隙間を開けて対向配置された状態で、液体中に浸漬されており、前記両電極間に直流電圧を付与することによりＥＨＤポンピング現象が生じる液体ＥＨＤポンプにおいて、前記液体として、絶縁性液体に、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボン、およびハイドロフルオロエーテルの少なくともいずれか一つを添加した混合液を使用することを特徴とする。

ここで、ハイドロフルオロカーボンとしては、ＨＦＣ−４３１０（示性式：ＣＦ₃（ＣＨＦ）₂Ｃ₂Ｆ₅）、ＨＦＣ−２３（示性式：ＣＨＦ₃）、ＨＦＣ−３２（示性式：ＣＨ₂Ｆ₂）、ＨＦＣ−１２５（示性式：ＣＨＦ₂ＣＦ₃）、ＨＦＣ−１３４ａ（示性式：ＣＨ₂ＦＣＦ₃）、ＨＦＣ−１４３ａ（示性式：ＣＨ₃ＣＨＦ₂）、ＨＦＣ−１５２ａ（示性式：ＣＨ₃ＣＨＦ₂）、ＨＦＣ−２２７ｅａ（示性式：ＣＦ₃ＣＨＦＣＦ₃）、ＨＦＣ−２３６ｆａ（示性式：ＣＦ₃ＣＨ₂ＣＦ₃）、ＨＦＣ−２４５ｃａ（示性式：ＣＨ₂ＦＣＦ₂ＣＨＦ₂）が挙げられる。

ハイドロクロロフルオロカーボンとしては、ＨＣＦＣ−１２３（示性式：ＣＨＣｌ₂ＣＦ₃）、ＨＣＦＣ−２２（示性式：ＣＨＣｌＣＦ₂）、ＨＣＦＣ−１２４（示性式：ＣＨＣｌＦＣＦ₃）、ＨＣＦＣ−１４１ｂ（示性式：ＣＨ₃ＣＣｌ₂Ｆ）、ＨＣＦＣ−１４２ｂ（示性式：ＣＨ₃ＣＣｌＣＦ₂）、ＨＣＦＣ−２２５ｃａ（示性式：ＣＨ₃ＣＦ₂ＣＨＣｌ₂）、ＨＣＦＣ−２２５ｃｂ（示性式：ＣＣｌＦ₂ＣＦ₂ＣＨＣｌＦ）、ＨＣＦＣ−１３２ｂ（示性式：ＣＣｌＦ₂ＣＨ₂Ｃｌ）、ＨＣＦＣ−１３３ａ（示性式：ＣＨ₂ＣｌＣＦ₃）が挙げられる。

ハイドロフルオロエーテルとしては、ＨＦＥ−７１００（示性式：Ｃ₄Ｆ₉ＯＣＨ₃），ＨＦＥ−７２００（示性式：Ｃ₄Ｆ₉ＯＣ₂Ｈ₅）、ＨＦＥ−７１ＤＥ（ＨＦＥ−７１００とtrans-1,2-ジクロロエチレンとを質量比で１：１に混合した液体）、ＨＦＥ−７１ＤＡ（質量比で、ＨＦＥ−７１００を５２．７％、trans-1,2-ジクロロエチレンを４４．６％、エタノールを２．７％となるように混合した液体）、ＨＦＥ−７１ＩＰＡ（質量比で、ＨＦＥ−７１００を９５％、イソプロピルアルコールを５％となるように混合した液体）が挙げられる。

これらの各物質は、地球温暖化の原因となるオゾン層の破壊をし難い、環境にやさしい物質である。
前記絶縁性液体としては、シリコーン油、植物油、鉱油、植物油をエステル交換反応させたエステル油等が挙げられる。
本発明の第１および第２の液体ＥＨＤポンプは、両電極間に付与する電圧（その結果として生じる電界の強度）に応じて、純伝導ポンピングまたはイオンドラッグポンピングをメカニズムとしたＥＨＤポンピング現象が生じる。

純伝導ポンピングをメカニズムとしたＥＨＤポンピング現象の場合には、前記両電極間に所定の電界強度（使用する液体によって異なるが、例えば、１ｋＶ／ｃｍ以上１００ｋＶ／ｃｍ未満）が得られる電圧を付与することにより、「前記液体中の分子がイオンに解離する反応」の速度と、その逆反応である「イオンが結合して分子になる反応」の速度が異なる状態になって、前記第１または第２の電極の対向面付近に、当該電極と異なる極性のイオンからなるヘテロチャージ層が形成され、当該電極とヘテロチャージ層との間に生じる引力の総合バランスによって前記液体が流動し、その方向が決まる。

本発明の第１の液体ＥＨＤポンプの実施態様として、前記ＥＨＤポンピング現象は、前記両電極間に所定強度の電圧（所定の電界強度が得られる電圧）を付与することにより、「前記液体中の分子がイオンに解離する反応」の速度と、その逆反応である「イオンが結合して分子になる反応」の速度が異なる状態になって、前記第１または第２の電極の対向面付近に、当該電極と異なる極性のイオンからなるヘテロチャージ層が形成され、当該電極とヘテロチャージ層との間に生じる引力の総合バランスによって前記液体が流動し、その方向が決まる現象であり、前記ハイドロフルオロカーボンはＨＦＣ−４３１０（示性式：ＣＦ₃（ＣＨＦ）₂Ｃ₂Ｆ₅）からなる態様が挙げられる。

本発明の第２の液体ＥＨＤポンプの実施態様として、前記ＥＨＤポンピング現象は、前記両電極間に所定強度の電圧（所定の電界強度が得られる電圧）を付与することにより、「前記液体中の分子がイオンに解離する反応」の速度と、その逆反応である「イオンが結合して分子になる反応」の速度が異なる状態になって、前記第１または第２の電極の対向面付近に、当該電極と異なる極性のイオンからなるヘテロチャージ層が形成され、当該電極とヘテロチャージ層との間に生じる引力の総合バランスによって前記液体が流動し、その方向が決まる現象であり、前記ハイドロフルオロカーボンはＨＦＣ−４３１０（示性式：ＣＦ₃（ＣＨＦ）₂Ｃ₂Ｆ₅）であり、前記ハイドロクロロフルオロカーボンはＨＣＦＣ−１２３（示性式：ＣＨＣｌ₂ＣＦ₃）であり、前記ハイドロフルオロエーテルはＨＦＥ−７１００（示性式：Ｃ₄Ｆ₉ＯＣＨ₃）またはＨＦＥ−７２００（示性式：Ｃ₄Ｆ₉ＯＣ₂Ｈ₅）からなる態様が挙げられる。

本発明の第３の液体ＥＨＤポンプは、第１の電極および第２の電極が、所定の隙間を開けて対向配置された状態で、液体中に浸漬されており、前記両電極間に所定強度の電圧を付与することにより、「前記液体中の分子がイオンに解離する反応」の速度と、その逆反応である「イオンが結合して分子になる反応」の速度が異なる状態になって、前記第１または第２の電極の対向面付近に、当該電極と異なる極性のイオンからなるヘテロチャージ層が形成され、当該電極とヘテロチャージ層との間に生じる引力の総合バランスによって前記液体が流動し、その方向が決まる「ＥＨＤポンピング現象」が生じる液体ＥＨＤポンプにおいて、前記第１の電極は、円筒体の両端面が滑らかな凸状になっている形状の疑似ドーナツ電極であり、第２の電極は平板電極であり、疑似ドーナツ電極の前記凸状端面と、平板電極の平板面とを対向させ、前記液体として、菜種エステル油とハイドロフルオロカーボンＨＦＣ−４３１０（示性式：ＣＦ₃（ＣＨＦ）₂Ｃ₂Ｆ₅）とを、ハイドロフルオロカーボンＨＦＣ−４３１０の含有率が１質量％以上５０質量％以下となるように混合した液体を用いることを特徴とする。
前記菜種エステル油は、菜種油をイソブタノールでエステル交換して得られたものであり、例えば、質量比で、６２．０％のオレイン酸エステル、２０．９％のリノール酸エステル、１１．０％のリノレン酸エステル、４．６％のパルミチン酸エステル、１．５％のステアリン酸エステルの各成分からなる。

本発明の第４の液体ＥＨＤポンプは、第１の電極および第２の電極が、所定の隙間を開けて対向配置された状態で、液体中に浸漬されており、前記両電極間に所定強度の電圧を付与することにより、「前記液体中の分子がイオンに解離する反応」の速度と、その逆反応である「イオンが結合して分子になる反応」の速度が異なる状態になって、前記第１または第２の電極の対向面付近に、当該電極と異なる極性のイオンからなるヘテロチャージ層が形成され、当該電極とヘテロチャージ層との間に生じる引力の総合バランスによって前記液体が流動し、その方向が決まる「ＥＨＤポンピング現象」が生じる液体ＥＨＤポンプにおいて、前記第１の電極は、円筒体の両端面が滑らかな凸状になっている形状の疑似ドーナツ電極であり、第２の電極は平板電極であり、疑似ドーナツ電極の前記凸状端面と、平板電極の平板面とを対向させ、前記液体として、菜種エステル油とハイドロフルオロカーボンＨＦＣ−４３１０（示性式：ＣＦ₃（ＣＨＦ）₂Ｃ₂Ｆ₅）とを、ハイドロフルオロカーボンＨＦＣ−４３１０の含有率が１０質量％となるように混合した液体を用いることを特徴とする。
前記菜種エステル油は、菜種油をイソブタノールでエステル交換して得られたものであり、例えば、質量比で、６２．０％のオレイン酸エステル、２０．９％のリノール酸エステル、１１．０％のリノレン酸エステル、４．６％のパルミチン酸エステル、１．５％のステアリン酸エステルの各成分からなる。

本発明の第１液体ＥＨＤポンプによれば、「ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロフルオロエーテルの少なくともいずれか一つ」を使用することにより、絶縁性液体を用いながら高い流動速度が得られるようになる。
本発明の第２の液体ＥＨＤポンプによれば、「絶縁性液体に、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボン、およびハイドロフルオロエーテルの少なくともいずれか一つを添加した混合液」を使用することにより、絶縁性液体の絶縁性を維持しながら高い流動速度が得られるようになる。
本発明の第３および第４の液体ＥＨＤポンプによれば、純伝導ポンピングをメカニズムとする液体ＥＨＤポンプとして、菜種エステル油とハイドロフルオロカーボンＨＦＣ−４３１０との混合液を用いることで、菜種エステル油の絶縁性を維持しながら高い流動速度が得られるため、例えば、変圧器用のポンプとしての使用可能性が高くなる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態に相当する液体ＥＨＤポンプは、図１に示すように、円筒体の両端面が滑らかな凸状となっている形状の疑似ドーナツ電極（第１の電極）１と、平板電極（第２の電極）２とが、疑似ドーナツ電極の前記凸状端面と、平板電極の平板面とを所定の隙間ｄを開けて対向させて配置された状態で、図示されない容器または配管内に収められた構造である。その容器または配管内に液体を入れて、この液体中に両電極が浸漬された状態となっている。

そして、疑似ドーナツ電極１と平板電極２にそれぞれ導線の一端を固定し、各導線の他端を直流電源の各端子に接続して、両電極間に所定強度の電圧を付与することにより、純伝導ポンピングをメカニズムとしたＥＨＤポンピング現象が生じて、液体が、例えば平板電極２から疑似ドーナツ電極１の穴１１に向かって流動する。この液体ＥＨＤポンプの液体として、菜種エステル油とＨＦＣ−４３１０との混合液を用いる。

菜種エステル油としては、菜種油をイソブタノールでエステル交換して得られ、質量比で、６２．０％のオレイン酸エステル、２０．９％のリノール酸エステル、１１．０％のリノレン酸エステル、４．６％のパルミチン酸エステル、１．５％のステアリン酸エステルの各成分からなるものを用意する。
この菜種エステル油にＨＦＣ−４３１０を質量比で１０％となるように添加して混合した液体を用いることにより、この実施形態の液体ＥＨＤポンプは、菜種エステル油の絶縁性を維持しながら高い流動速度が得られるようになる。

上記実施形態の液体ＥＨＤポンプの流速を測定するために、図２に示す実験装置を組み立てた。
この実験装置は、液体ＥＨＤポンプに相当する本体３と、直流高圧電源（ＤＣＨＶ）４と、レーザドップラ流速計５とからなる。
本体３は、透明なガラス製の容器３１内に、液体３３と、疑似ドーナツ状電極１および平板電極２を入れたものである。使用した疑似ドーナツ状電極１の寸法は、長さ（軸方向の寸法）Ｌが１０ｍｍ、外径ａが１３ｍｍ、内径（穴１１の直径）ｂが３ｍｍ、両端面の凸部の曲率半径Ｒが２．５ｍｍである。使用した平板電極２の寸法は、厚さＤが５ｍｍ、直径Ａが９０ｍｍである。各寸法を示す符号は図１に記載されている。

疑似ドーナツ状電極１および平板電極２は、容器３１内で図１の配置となるように、それぞれ支持部材によって支持されている。疑似ドーナツ状電極１の支持部材は、枠体１２と、その下端に配置された２本の棒材１３からなる。両棒材１３により、疑似ドーナツ状電極１の周面が、１８０°離れた位置で挟持されている。
平板電極２の支持部材は、平板電極２を載せるベーク板（ベークライト製の平板）２１と、ベーク板２１から垂直に立ち上がる２本の腕材２２からなる。２本の腕材２２は平板電極２を挟んで対向配置されるように、下端がベーク板２１に固定されている。ベーク板２１上の両腕材２２の間に、平板電極２が載せられてねじ止めされている。腕材２２の上端は容器３１の蓋３２に固定されている。

容器３１の蓋３２は、中央に穴３２ａを有し、直流高圧電源４からの導線４１は、この穴３２ａを通って容器３１内に入っている。そして、図２では省略されているが、この導線４１の先端が疑似ドーナツ状電極１の周面に接続されている。また、平板電極２にはアース用の導線が取り付けられて、この導線の先端が接地されている。
レーザドップラ流速計５は、レーザの焦点が、疑似ドーナツ状電極１の中心軸に沿った上部の、疑似ドーナツ状電極１から１ｍｍ離れた位置になるように設置してある。

実施形態に記載した菜種エステル油にＨＦＣ−４３１０を、質量比で、１％、５％、７％、１０％、２０％、５０％となるように添加して混合することにより、混合率の異なる混合液を調製した。各混合液を容器３内の液体３３として用い、疑似ドーナツ状電極１に直流高圧電源４から、６ｋＶ、８ｋＶ、１０ｋＶ、１２ｋＶ、１４ｋＶ、１６ｋＶの電圧をそれぞれ付与して、レーザドップラ流速計５により前記焦点位置での液体３３の流速を測定した。この測定結果を図３および４にグラフで示す。

図３は、流速と印加電圧との関係を示すグラフである。図４は、ＨＦＣ−４３１０の混合率と、印加電圧１６ｋＶでの液体３３の流速との関係を示すグラフである。
図３から、印加電圧およびＨＦＣ−４３１０混合率の増加に伴って、流速が速くなることが分かる。図４から、印加電圧が１６ｋＶの場合には、ＨＦＣ−４３１０混合率が１〜１０％の範囲では、混合率の増加に伴って流速が急激に速くなるが、１０％を超える範囲では流速の増加率が飽和することが分かる。
一方、前記各混合液の電流密度の測定を、ガード電極付き平行平板電極と微小電流測定用増幅器を備えた測定装置を用い、直流高電圧を、電界強度が５ｋＶ／ｍｍとなるように付与して測定した。その結果を、ＨＦＣ−４３１０の混合率と電流密度との関係を示すグラフにまとめた。このグラフを図５に示す。

図５から、ＨＦＣ−４３１０混合率の増加に伴って電流密度は指数関数的に増加し、混合率１０質量％の場合には０．０１μＡ／ｃｍ²程度の電流密度になることが分かる。そのため、菜種エステル油にＨＦＣ−４３１０を１０質量％程度の混合率で添加した液体を用いることにより、実施形態の液体ＥＨＤポンプは変圧器用のポンプとしても使用可能となる。
また、菜種エステル油にエタノールを１〜１１質量％となるように添加して混合することにより、混合率の異なる混合液を調製し、この混合液についても電流密度の測定を同様に行った。その結果を、ＨＦＣ−４３１０を添加した場合のデータと合わせて、図６のグラフに示す。なお、このグラフの縦軸は対数表示となっている。

図６から、菜種エステル油に添加する液体がエタノールの場合とＨＦＣ−４３１０の場合を比較すると、同じ混合率で、ＨＦＣ−４３１０の場合の方がエタノールの場合よりも電流密度が著しく低い（すなわち、絶縁性が著しく高い）ことが分かる。
そして、ＨＦＣ−４３１０を添加した場合は、混合率が５０質量％でも０．１μＡ／ｃｍ²以下の電流密度になっている。そのため、菜種エステル油にＨＦＣ−４３１０を１０〜５０質量％の混合率（あるいは１０質量％以上の混合率）で添加した液体を用いることにより、実施形態の液体ＥＨＤポンプは、ＨＦＣ−４３１０の混合率が高い場合（例えば２０質量％以上の場合）には容器の構造を工夫することを前提として、変圧器用のポンプとしても使用可能となる。

本発明の実施形態に相当する液体ＥＨＤポンプを構成する、疑似ドーナツ電極（第１の電極）と平板電極（第２の電極）、およびこれらの配置を示す断面図である。実施形態の液体ＥＨＤポンプの流速を測定するために組み立てた実験装置を示す斜視図である。実施例の測定により得られた、流速と印加電圧との関係を示すグラフである。実施例の測定により得られた、ＨＦＣ−４３１０の混合率と、印加電圧１６ｋＶでの液体の流速との関係を示すグラフである。実施例の測定により得られた、ＨＦＣ−４３１０の混合率と電流密度との関係を示すグラフである。実施例の測定により得られた、ＨＦＣ−４３１０およびエタノールの混合率と電流密度との関係を示すグラフである。

符号の説明

１疑似ドーナツ電極（第１の電極）
２平板電極（第２の電極）
３本体（液体ＥＨＤポンプ）
３１容器
３３液体
４直流高圧電源
５レーザドップラ流速計

Claims

第１の電極および第２の電極が、所定の隙間を開けて対向配置された状態で、液体中に浸漬されており、前記両電極間に直流電圧を付与することによりＥＨＤポンピング現象が生じる液体ＥＨＤポンプにおいて、
前記液体として、ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロフルオロエーテルの少なくともいずれか一つを使用することを特徴とする液体ＥＨＤポンプ。
第１の電極および第２の電極が、所定の隙間を開けて対向配置された状態で、液体中に浸漬されており、前記両電極間に直流電圧を付与することによりＥＨＤポンピング現象が生じる液体ＥＨＤポンプにおいて、
前記液体として、絶縁性液体に、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボン、およびハイドロフルオロエーテルの少なくともいずれか一つを添加した混合液を使用することを特徴とする液体ＥＨＤポンプ。
前記ＥＨＤポンピング現象は、前記両電極間に所定強度の電圧を付与することにより、「前記液体中の分子がイオンに解離する反応」の速度と、その逆反応である「イオンが結合して分子になる反応」の速度が異なる状態になって、前記第１または第２の電極の対向面付近に、当該電極と異なる極性のイオンからなるヘテロチャージ層が形成され、当該電極とヘテロチャージ層との間に生じる引力の総合バランスによって前記液体が流動し、その方向が決まる現象である請求項１または２記載の液体ＥＨＤポンプ。
前記ＥＨＤポンピング現象は、前記両電極間に所定強度の電圧を付与することにより、「前記液体中の分子がイオンに解離する反応」の速度と、その逆反応である「イオンが結合して分子になる反応」の速度が異なる状態になって、前記第１または第２の電極の対向面付近に、当該電極と異なる極性のイオンからなるヘテロチャージ層が形成され、当該電極とヘテロチャージ層との間に生じる引力の総合バランスによって前記液体が流動し、その方向が決まる現象であり、
前記ハイドロフルオロカーボンはＨＦＣ−４３１０（示性式：ＣＦ₃（ＣＨＦ）₂Ｃ₂Ｆ₅）からなる請求項１記載の液体ＥＨＤポンプ。
前記ＥＨＤポンピング現象は、前記両電極間に所定強度の電圧を付与することにより、「前記液体中の分子がイオンに解離する反応」の速度と、その逆反応である「イオンが結合して分子になる反応」の速度が異なる状態になって、前記第１または第２の電極の対向面付近に、当該電極と異なる極性のイオンからなるヘテロチャージ層が形成され、当該電極とヘテロチャージ層との間に生じる引力の総合バランスによって前記液体が流動し、その方向が決まる現象であり、
前記ハイドロフルオロカーボンはＨＦＣ−４３１０（示性式：ＣＦ₃（ＣＨＦ）₂Ｃ₂Ｆ₅）であり、前記ハイドロクロロフルオロカーボンはＨＣＦＣ−１２３（示性式：ＣＨＣｌ₂ＣＦ₃）であり、前記ハイドロフルオロエーテルはＨＦＥ−７１００（示性式：Ｃ₄Ｆ₉ＯＣＨ₃）またはＨＦＥ−７２００（示性式：Ｃ₄Ｆ₉ＯＣ₂Ｈ₅）からなる請求項２記載の液体ＥＨＤポンプ。
第１の電極および第２の電極が、所定の隙間を開けて対向配置された状態で、液体中に浸漬されており、前記両電極間に所定強度の電圧を付与することにより、「前記液体中の分子がイオンに解離する反応」の速度と、その逆反応である「イオンが結合して分子になる反応」の速度が異なる状態になって、前記第１または第２の電極の対向面付近に、当該電極と異なる極性のイオンからなるヘテロチャージ層が形成され、当該電極とヘテロチャージ層との間に生じる引力の総合バランスによって前記液体が流動し、その方向が決まる「ＥＨＤポンピング現象」が生じる液体ＥＨＤポンプにおいて、
前記第１の電極は、円筒体の両端面が滑らかな凸状になっている形状の疑似ドーナツ電極であり、第２の電極は平板電極であり、疑似ドーナツ電極の前記凸状端面と、平板電極の平板面とを対向させ、
前記液体として、菜種エステル油とハイドロフルオロカーボンＨＦＣ−４３１０（示性式：ＣＦ₃（ＣＨＦ）₂Ｃ₂Ｆ₅）とを、ハイドロフルオロカーボンＨＦＣ−４３１０の含有率が１質量％以上５０質量％以下となるように混合した液体を用いることを特徴とする液体ＥＨＤポンプ。
第１の電極および第２の電極が、所定の隙間を開けて対向配置された状態で、液体中に浸漬されており、前記両電極間に所定強度の電圧を付与することにより、「前記液体中の分子がイオンに解離する反応」の速度と、その逆反応である「イオンが結合して分子になる反応」の速度が異なる状態になって、前記第１または第２の電極の対向面付近に、当該電極と異なる極性のイオンからなるヘテロチャージ層が形成され、当該電極とヘテロチャージ層との間に生じる引力の総合バランスによって前記液体が流動し、その方向が決まる「ＥＨＤポンピング現象」が生じる液体ＥＨＤポンプにおいて、
前記第１の電極は、円筒体の両端面が滑らかな凸状になっている形状の疑似ドーナツ電極であり、第２の電極は平板電極であり、疑似ドーナツ電極の前記凸状端面と、平板電極の平板面とを対向させ、
前記液体として、菜種エステル油とハイドロフルオロカーボンＨＦＣ−４３１０（示性式：ＣＦ₃（ＣＨＦ）₂Ｃ₂Ｆ₅）とを、ハイドロフルオロカーボンＨＦＣ−４３１０の含有率が１０質量％となるように混合した液体を用いることを特徴とする液体ＥＨＤポンプ。