JP2020204276A - ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】伝熱効率の増加と流体抵抗の低下とを同時に達成し、ポンプ性能を向上する。【解決手段】第１空間１１と第２空間１２とを仕切り、細孔径が内部の気体の平均自由行程の１０倍以下である気孔を有する略平板形状の多孔体１と、第１空間において多孔体１との間に距離を開けて多孔体１と対面するように配置される略平板形状の加熱器２と、を備え、多孔体１と加熱器２との間では、一部を除いた大部分又は全部で自由に気体が流れることが可能であり、加熱器２の多孔体１と向かい合う面には、加熱された加熱器２の温度で最も放射強度が高い波長域で放射率８０パーセント以上の放射材料が塗布され、第１空間１１に接して加熱器２と向かい合う多孔体１の第１面を加熱器２が放射により加熱することによって、気孔を介して第２空間１２から第１空間１１へ気体を移送することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、多孔体を利用したポンプに関する。

ケーシングの内部の空間を平板形状の多孔体で第１空間と第２空間とに仕切り、多孔体の第１空間に接する第１面を加熱することによって、第２空間の気体を第１空間に移送させるクヌーセンポンプが特許文献１に開示されている。

また、シリカ（ＳｉＯ_２）の微粒子を梱包した断熱材にグラファイト粒子や金（Ａｕ）粒子を混ぜることにより、熱伝導率が低下する実験結果が非特許文献１に開示されている。そして、シリカエアロゲルに適切な量のカーボンを混ぜることにより、放射による伝熱を抑制し、特に放射光が強くなる高温側で大きく熱伝導率が低下する理論的な解析結果が非特許文献２に開示されている。

特開２０１４−１４５３０５号公報

ＪＦＣＣ：第１回マルチセラミックス膜新断熱材料の開発プロジェクト事後評価検討会 資料６（以下のＵＲＬ） http：//www.meti.go.jp/policy/tech evaluation/c00/C0000000H24/130205 multi/130205 multi.htm S.Q. Zeng, A. Hunt, R. Greif "Theoretical modeling of carbon content to minimize heat transfer in silica aerogel", Journal of Non-Crystalline Solids 186 (1995) 271-277

特許文献１に開示されたポンプでは、ケーシングの第１空間側の一部に赤外光を透過する透過窓が設けられ、加熱器として用いられるガス生成器が透過窓の外側に配置されている。そして、この加熱器から放射される赤外光が透過窓を透過して多孔体の第１面に照射されることによって、多孔体の第１面を加熱する。

このポンプは、加熱器が第１空間の外から透過窓越しに多孔体の第１面に赤外光を照射して多孔体の第１面を加熱している上、多孔体の第１面に向けて赤外光を放射する加熱器の放射面の材料の放射率が考慮されていないため、加熱器から多孔体の第１面までの伝熱効率について改善の余地がある。

そこで、本発明は、加熱器から多孔体への伝熱効率を上昇させ、ポンプ性能を向上させることを目的とする。

本発明に係るポンプは、第１空間と第２空間とを仕切り、細孔径が内部の気体の平均自由行程の１０倍以下である気孔を有する略平板形状の多孔体と、前記第１空間において前記多孔体の第１面との間に距離を開けて前記多孔体と対面するように配置される加熱器と、を備え、前記多孔体と前記加熱器との間では、一部を除いた大部分又は全部で自由に気体が流れることが可能であり、前記加熱器は、前記多孔体の前記第１面と向かい合う面に、前記加熱器の温度で最も放射強度が高い波長域における放射率が８０パーセント以上の放射材料が塗布され、前記多孔体の前記第１面を前記加熱器が放射により加熱することによって、前記気孔を介して前記第２空間から前記第１空間へ気体を移送することが可能なこと、を特徴とする。

このように、加熱器が第１空間において多孔体の第１面と対面するように配置され、加熱器の多孔体と向かい合う面に放射材料を塗布することにより加熱器から多孔体への放射量を増加させているため、加熱器から多孔体への伝熱効率を上昇させ、ポンプ性能を向上させることができる。

本発明のポンプの一態様において、前記放射材料はカーボンブラックであってもよい。

この態様によれば、放射材料としてカーボンブラックを用いることにより、加熱器から多孔体への放射量を増加させて、加熱器から多孔体への伝熱効率を上昇させ、ポンプ性能を向上させることができる。

本発明のポンプの一態様において、前記加熱器は、前記多孔体と向かい合っていない面に、光の波長により反射率が異なる選択吸収膜を備えていてもよい。

この態様によれば、加熱器の選択吸収膜に光を照射することで加熱器の温度が上昇し、多孔体の第１面を加熱することができる。

本発明のポンプの一態様において、前記加熱器は内部に熱媒体が流れる熱交換器であってもよい。

この態様によれば、加熱器の内部に熱媒体を流すことで加熱器の温度が上昇し、多孔体の第１面を加熱することができる。

本発明のポンプの一態様において、前記多孔体の前記第１面に、前記加熱器の温度で最も放射強度が高い波長域における放射率が８０パーセント以上の放射材料が塗布されていてもよい。

多孔体の第１面を透過した加熱器からの放射光が第２空間に配置された冷却器や第２空間の壁面等で吸収されると、加熱器として放射熱ロス要因になるところ、この態様によれば、多孔体の第１面に放射材料を塗布することによって、多孔体の第１面で加熱器からの放射光を吸収し、放射熱ロスを抑制することができる。

本発明のポンプの一態様において、前記多孔体は、前記多孔体の内部に放射伝熱を阻害する媒体を備えていてもよい。

この態様によれば、放射伝熱を阻害する媒体により多孔体内の熱伝導率を低下させ、多孔体の表裏の温度差を増加させることができる。

本発明のポンプの一態様において、前記媒体は、前記加熱器によって加熱された前記多孔体の平均温度で最も放射強度が高い波長域における放射率が２０パーセント以下の反射材料又は８０パーセント以上の放射材料であってもよい。

この態様によれば、多孔体の平均温度で最も放射強度が高い波長域で放射率が２０パーセント以下の反射材料又は８０パーセント以上の放射材料を、多孔体の内部に媒体として備えることによって、多孔体内の熱伝導率を低下させ、多孔体の表裏の温度差を増加させることができる。

本発明のポンプの一態様において、前記媒体は微細な粒子であってもよい。

この態様によれば、放射伝熱を阻害する媒体を多孔体内に分散させることができる。

本発明のポンプの一態様において、前記反射材料は金属であってもよい。

本発明は、加熱器から多孔体への伝熱効率を上昇させ、ポンプ性能を向上させることができる。

第一の形態のポンプの構成を示す断面図である。 選択吸収膜の特性を示す図である。 冷却器を第２空間側から見た形状を示す図（ａ）と、図（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図（ｂ）である。 比較例１のポンプの構成を示す断面図である。 比較例１のポンプの伝熱板を多孔体側から見た形状を示す図（ａ）と、図（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図（ｂ）である。 第二の形態のポンプの構成を示す断面図である。 第三の形態のポンプの構成を示す断面図である。 第四の形態のポンプの構成を示す断面図である。

＜第一の形態＞
以下、図面を参照しながら、第一の形態のポンプ１０について説明する。図１に示すように、ポンプ１０は、多孔体１、加熱器２、冷却器４、気密シール５、筐体６及び窓６１を備える。ポンプ１０は、多孔体１によって第１空間１１と第２空間１２とを仕切り、第１空間１１に接して加熱器２と向かい合う多孔体１の第１面を加熱器２で加熱することによって、第２空間１２に接する第２面との間に温度勾配を発生させることで、第２空間１２から第１空間１１へ気体を移送するクヌーセンポンプである。例えば、所望のガスを生成するためのガス生成器を第２空間１２に接続し、ガス生成器から供給された気体を第２空間１２から第１空間１１へ移送するためにポンプ１０は用いられる。

多孔体１は、多数の気孔を有する平板形状の部材である。多孔体１の気孔の細孔径は、第１空間１１、第２空間１２及び気孔内部の気体の平均自由行程の１０倍以下である。例えば、大気圧下での気体の平均自由行程は６０ｎｍであることから、多孔体１の気孔の孔径を１０ｎｍ程度とする。

また、多孔体１には、熱伝導率の低い材料、言い換えると、第１空間１１側の第１面から第２空間１２側の第２面に熱が伝わりにくい材料が用いられる。例えば、多孔体１は、二酸化珪素（シリカ）材料の内部に気孔が多数形成されたシリカエアロゲルや、ガラス繊維を束ねたグラスファイバーフィルタ等により構成することができる。

加熱器２は、基材２１、選択吸収膜２２及び放射材料膜２３で構成される平板形状の部材であり、多孔体１の第１面との間に距離を開けて多孔体１の第１面と対面するように配置される。加熱器２の縁部の一部は、支持体２４によって多孔体１と接続されている。このように多孔体１と加熱器２との間には、支持体２４で接続されている部分を除いて隙間が形成されているため、この隙間を自由に気体が流れることが可能である。なお、加熱器２は、多孔体１に支持されず、ポンプ１０の筐体６に支持されていてもよい。この場合、多孔体１と加熱器２との間には支持体２４がなく、多孔体１と加熱器２との間は全部が隙間となっているため、多孔体１と加熱器２との間の全部を自由に気体が流れることが可能である。

加熱器２は、多孔体１と向かい合っていない面に選択吸収膜２２を備える。選択吸収膜２２は、太陽光等の光の照射を受けて、吸収された光エネルギーを熱エネルギーに変換して多孔体１を加熱する部材である。選択吸収膜２２は、波長によって光に対する反射率が異なる。すなわち、選択吸収膜２２に光が入射した場合、ある波長の光に対しては反射率が低く吸収が高くなり、別の波長の光に対しては反射率が高く放射が小さくなる。ポンプ１０では、選択吸収膜２２は、１００℃における放射光のピーク波長における反射率が吸収光のピーク波長における反射率の５倍以上の材料を含むことが好適である。また、選択吸収膜２２は、２００℃及び３００℃における放射光のピーク波長における反射率が吸収光のピーク波長における反射率の５倍以上の材料を含むことが好適である。このような選択吸収膜２２の材料として、例えば、アルメコ社製ティノックスが挙げられる。

図２は、選択吸収膜２２の反射率及び熱放射率の波長依存性の例を示す。図２において、太陽光吸収エネルギーとして示すように、選択吸収膜２２では太陽光の波長スペクトルの波長帯域では反射率が小さく、太陽光に対する光吸収効率が高い。一方、図２において１００℃での熱放射として示すように、１００℃における放射熱の波長スペクトルの波長帯域では反射率が大きく、放射熱は非常に小さい。なお、参考のために、図２には、１００℃での黒体からの熱放射の波長スペクトルも併せて示している。

すなわち、炭素（カーボン）等の一般的な吸収板は太陽光エネルギーの吸収率は高いが、熱を保持することができず、エネルギーの約半分を放熱として逃がしてしまう。これに対して、選択吸収膜２２は、一度吸収した熱を逃がさず、太陽光から吸収したエネルギーの約９０パーセントを熱に変換することができる。したがって、選択吸収膜２２に光を照射することによって、多孔体１の第１面を効率的に加熱する事ができる。

加熱器２の基材２１は、アルミやステンレス等の金属材料で構成される。これらの金属材料は放射率が低い。そこで、基材２１の多孔体１と向かい合う面に放射材料膜２３を配置することが好適である。放射材料膜２３は、加熱器２の温度で最も放射強度が高い波長域で放射率が８０パーセント以上である放射材料を含むことが好適である。このような性質を持つ放射材料として、例えば、カーボンブラックを挙げることができる。

冷却器４は、多孔体１の第２面を冷却するための部材である。冷却器４は熱伝導率の高い金属材料を含む材料で構成される。冷却器４は、多孔体１の第２面から熱を効率良く奪うためにできるだけ広い面積で接触することが必要である。一方、第２空間１２から第１空間１１へ移送される気体を多孔体１の第２面へできるだけ高い効率で供給することが必要である。そこで、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、冷却器４には気体が流れる溝である気体流路４１が形成される。ポンプ１０では、冷却器４は、図３（ａ）に示すように、互いに平行に配置された貫通孔である気体流路４１を複数設けた略円板形状の部材としている。ただし、冷却器４の形状はこれに限定されるものではない。

気密シール５は、多孔体１及び冷却器４によって第１空間１１及び第２空間１２を仕切る際に多孔体１と冷却器４との間の隙間や冷却器４と筐体６との間の隙間を埋めるための部材である。ポンプ１０では、図１に示すように、気密シール５として接着剤を用いているが、気密シール５としてＯリング等を用いてもよい。気密シール５を用いることにより、第１空間１１と第２空間１２とが多孔体１の気孔のみを介して繋がった構成となる。

筐体６は、多孔体１、加熱器２、冷却器４、支持体２４及び気密シール５を収納すると共に、これらの部材と共に気体の流路を構成する部材である。筐体６の第１空間１１側の一部には窓６１が設けられている。窓６１は、光源（例えば、太陽光）と選択吸収膜２２との間に配置されている。窓６１は、光源から出射される光のうち選択吸収膜２２で吸収される波長領域の少なくとも一部を透過する材料で構成される。光源が太陽光の場合、窓６１の材料は例えば、ガラス等とすることができる。窓６１の外から入射して窓６１を透過した太陽光等の光の照射を受けることによって、選択吸収膜２２は光エネルギーを熱ネネルギーに変換する。

以下、ポンプ１０の動作原理について説明する。ポンプ１０は、熱遷移流を利用した、いわゆるクヌーセンポンプとして機能する。熱遷移流とは、希薄気体に特有の流れであって、希薄気体中に温度勾配のある壁が存在するとき、壁の低温部から高温部に向かって形成される一方向の気体の流れを指す。希薄気体とは、ある領域を考えたとき、その中で平衡状態が保たれないほど気体分子間の衝突が少ない場合の気体をいう。希薄気体では、気体分子と壁との衝突の影響が壁から遠方（ある程度離れた距離）まで及ぶようになる。例えば、１立方センチメートル程度の領域内の圧力が１Ｐａ程度に低い場合に熱遷移流が生じる。また、１０ｎｍ×１０ｎｍ×１０ｎｍ程度の空間の狭い領域内の圧力が大気圧程度である場合にも、熱遷移流が生じる。ポンプ１０では、多孔体１の気孔に壁の役割を持たせている。具体的には、多孔体１の気孔径を第１空間及び第２空間の気体の平均自由行程の１０倍以下としている。

ポンプ１０では、選択吸収膜２２に光を入射することで、選択吸収膜２２によって吸収された光エネルギーを熱エネルギーに変換し、熱エネルギーを基材２１及び放射材料膜２３に伝達し、放射材料膜２３から多孔体１の第１面に放射で伝達させることで多孔体１の第１面を加熱する。一方、冷却器４により多孔体１の第２面を冷却する。これにより、多孔体１の第１面と第２面との間に温度勾配が発生する。温度勾配に伴って熱遷移流が発生し、第２空間１２の気体が第１空間１１へ移送される。すなわち、ポンプ１０の第１空間１１は加圧され、第２空間１２は減圧される。減圧された第２空間１２には、ガス生成器等から生成された気体が引き込まれる。気体は、第２空間１２から冷却器４の気体流路４１を介して多孔体１に流入し、多孔体１の気孔を経由して、第１空間１１へ移送される。第１空間１１へ移送された気体はポンプ１０の外部へ排出される。

ポンプ１０は、このように加熱器２が第１空間１１において多孔体１の第１面と対面するように配置され、加熱器２の多孔体１と向かい合う面に放射材料を塗布して放射材料膜２３を形成することにより加熱器２から多孔体１の第１面への放射量を増加させているため、加熱器２から多孔体１への伝熱効率を上昇させ、ポンプ性能を向上させることができる。そして、平板間の放射による伝熱量や効率は平板間の距離に依存しないため、加熱器２から多孔体１への伝熱効率を低下させることなく、多孔体１と加熱器２との間の距離を任意に設定することができる。

ここで、ポンプ１０の熱遷移流の流体抵抗について説明するため、比較例１のポンプ１０ａについて述べる。比較例１のポンプ１０ａは、図４に示すように、加熱器２ａが放射材料膜２３を備えておらず、加熱器２ａと多孔体１との間に伝熱板３を備える点を除き、第一の形態のポンプ１０と同一の構成を有している。そのため、第一の形態のポンプ１０と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

比較例１のポンプ１０ａは、図４に示すように、加熱器２ａと多孔体１との間に、加熱器２ａから多孔体１に熱を伝導する伝熱板３を備える。伝熱板３には、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、互いに平行に伝熱板３の縁部まで直線状に延びる複数の溝形状の気体流路３１が形成されている。そのため、図４に示すように、伝熱板３は、溝形状の気体流路３１が形成されている部分では多孔体１と接触しておらず、気体流路３１が形成されていない部分では多孔体１と接触している。そして、多孔体１で発生した熱遷移流によって、気体は気体流路３１を流れて伝熱板３の縁部に到達した後にクヌーセンポンプの出口に向かって流れる。

このように比較例１のポンプ１０ａでは、伝熱板３が多孔体１と接触している部分では、伝熱板３が熱遷移流の流体抵抗となり発生流量が低下する。一方、気体流路３１が形成されているため伝熱板３が多孔体１と接触していない部分では、加熱器２の熱を多孔体１に十分に伝えきれないため、クヌーセンポンプの流量性能が低下する。

そのため、気体流路３１を大きくして多孔体１と伝熱板３との接触面積を小さくすれば流体抵抗は減らせるが加熱器２ａから多孔体１への伝熱量が低下し、気体流路３１を小さくして多孔体１と伝熱板３との接触面積を大きくすれば加熱器２ａから多孔体１への伝熱量は向上するが流体抵抗が増加するという背反が存在するため、最適値は存在しても、どちらも理想的な状態にすることはできない。特に、多孔体１が大面積となると、多孔体１と伝熱板３との間で流速が増加し、それに応じて流体抵抗が増加するため、より大きな問題となる。加えて気体流路３１の溝の深さや伝熱板３の厚さを多孔体１の面積に応じて変更しなければならない点も設計上の課題となる。

これに対して、第一の形態のポンプ１０では、既に述べたように、平板形状の加熱器２が平板形状の多孔体１との間に距離を開けて多孔体１と対面するように配置されており、多孔体１と加熱器２との間では、支持体２４で接続されている部分を除いて自由に気体が流れることが可能であるため、比較例１のポンプ１０ａのように伝熱板３で加熱器２ａから多孔体１の第１面に熱伝導するポンプよりも、熱遷移流の流体抵抗を低下することができる。そのため、第一の形態のポンプ１０は、伝熱効率の増加と流体抵抗の低下とを同時に達成し、ポンプ性能を向上することができる。

＜第二の形態＞
次に、第二の形態のポンプ２０について図６を用いて説明する。第二の形態のポンプ２０は、窓６１がなく、加熱器２ｂが異なる点を除き、第一の形態のポンプ１０と同一の構成を有している。そのため、第一の形態のポンプ１０と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

図６に示すように、ポンプ２０の加熱器２ｂは、内部に熱媒体が流れる熱交換器である。加熱器２ｂは、内部に熱媒体を流すことで温度が上昇し、多孔体１の第１面を加熱することができる。ポンプ２０では、第１の形態のポンプ１０とは異なり、加熱器２ｂは光の照射を受ける必要がないため、筐体６に窓が設けられていない。

加熱器２ｂは、多孔体１との間に距離を開けて多孔体１の第１面と対面するように配置される。加熱器２ｂの縁部の一部は、支持体２４によって多孔体１と接続されている。このように多孔体１と加熱器２ｂとの間には、支持体２４で接続されている部分を除いて隙間が形成されているため、この隙間を自由に気体が流れることが可能である。なお、加熱器２ｂは、多孔体１に支持されず、ポンプ１０の筐体６に支持されていてもよい。この場合、多孔体１と加熱器２ｂとの間には支持体２４がなく、多孔体１と加熱器２ｂとの間は全部が隙間となっているため、多孔体１と加熱器２ｂとの間の全部を自由に気体が流れることが可能である。

加熱器２ｂの壁材は、アルミやステンレス等の金属材料とすることが好適である。これらの金属材料は放射率が低いため、加熱器２ｂの多孔体１と向かい合う面には、放射材料膜２３を配置することが好適である。放射材料膜２３は、加熱器２ｂの温度で最も放射強度が高い波長域で放射率が８０パーセント以上の放射材料を塗布することで形成される。

ポンプ２０は、第一の形態のポンプ１０と同様に、加熱器２ｂが第１空間１１において多孔体１の第１面と対面するように配置され、加熱器２ｂの多孔体１と向かい合う面に放射材料を塗布して放射材料膜２３を形成することにより加熱器２ｂから多孔体１の第１面への放射量を増加させているため、加熱器２ｂから多孔体１への伝熱効率を上昇させ、ポンプ性能を向上させることができる。そして、平板間の放射による伝熱量や効率は平板間の距離に依存しないため、加熱器２ｂから多孔体１への伝熱効率を低下させることなく、多孔体１と加熱器２との間の距離を任意に設定することができる。

また、ポンプ２０は、第一の形態のポンプ１０と同様に、加熱器２ｂが平板形状の多孔体１との間に距離を開けて多孔体１と対面するように配置されており、多孔体１と加熱器２ｂとの間では、支持体２４で接続されている部分を除いて自由に気体が流れることが可能であるため、比較例１のポンプ１０ａのように伝熱板３で加熱器２ａから多孔体１の第１面に熱伝導するポンプよりも、熱遷移流の流体抵抗を低下することができる。そのため、第二の形態のポンプ２０も、伝熱効率の増加と流体抵抗の低下とを同時に達成し、ポンプ性能を向上することができる。

＜第三の形態＞
次に、第三の形態のポンプ３０について図７を用いて説明する。第三の形態のポンプ３０は、多孔体１の第１空間１１に接する第１面に放射材料１３が塗布されている点を除き、第１の形態のポンプ１０と同一の構成を有している。そのため、第一の形態のポンプ１０と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

図７に示すように、ポンプ３０の多孔体１の第１空間に接する第１面に放射材料１３が塗布されている。放射材料１３は、多孔体１の気孔が目詰まりして流体抵抗が上昇することがないように塗布されている。放射材料１３は、加熱された加熱器２の温度で最も放射強度が高い波長域で放射率８０パーセント以上の放射材料である。このような性質を持つ放射材料として、例えば、カーボンブラックを挙げることができる。

多孔体１の第１面を透過した加熱器２からの放射光が第２空間に配置された冷却器４や第２空間の壁面等で吸収されると、加熱器２として放射熱ロス要因になるところ、多孔体１の第１面に放射材料１３を塗布することによって、多孔体１の第１面で加熱器２からの放射光を吸収し、放射熱ロスを抑制することができる。

第三の形態のポンプ３０は、第一の形態のポンプ１０と同様に、伝熱効率の増加と流体抵抗の低下とを同時に達成し、ポンプ性能を向上することができる。その上、第一の形態のポンプ１０よりも放射熱ロスを抑制することができる。

＜第四の形態＞
次に、第四の形態のポンプ４０について図８を用いて説明する。第四の形態のポンプ４０は、多孔体１の内部に放射伝熱を阻害する媒体１４を備える点を除き、第一の形態のポンプ１０と同一の構成を有している。そのため、第一の形態のポンプ１０と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

図８に示すように、ポンプ４０の多孔体１の内部に、多孔体１の構造の構成要素とは別の媒体１４を備える。媒体１４の形状は微細な粒子である。このように媒体１４の形状が微細な粒子であるため、多孔体１内に媒体１４を分散させることができる。媒体１４は、加熱器２によって加熱された多孔体１の平均温度で最も放射強度が高い波長域で放射率が２０パーセント以下の反射材料又は８０パーセント以上の放射材料で構成される。このような性質を持つ反射材料として、金（Ａｕ）等の金属を挙げることができる。また、このような性質を持つ放射材料として、例えば、カーボンブラックを挙げることができる。媒体１４が上記のような性質を持つ放射材料であれば、多孔体１の内部で加熱器２からの放射光を媒体１４が吸収し、加熱器２からの放射光の多孔体１の透過が抑制される。また、媒体１４が上記のような性質を持つ反射材料である場合も、加熱器２からの放射光の多孔体１の透過が抑制される。

非特許文献１には、シリカ（ＳｉＯ_２）の微粒子を梱包したものを真空引きして断熱材にする技術が開示されている。そして、シリカの微粒子に放射率が高いグラファイト粒子を混ぜても、放射率が低い金（Ａｕ）粒子を混ぜても、熱伝導率が低下したことを実験的に示している。これらを添加することにより、気体伝熱や構造伝熱が低下することはありえないので、この熱伝導率の低下は、放射光が透過しないことによる結果である。

また、非特許文献２には、シリカエアロゲルに適切な量のカーボンを混ぜることにより、放射による伝熱を抑制し、特に放射光が強くなる高温側で大きく熱伝導率が低下する理論的な解析結果が示されている。

そのため、多孔体１の内部に、加熱器２によって加熱された多孔体１の平均温度で最も放射強度が高い波長域で放射率が２０パーセント以下の反射材料又は８０パーセント以上の放射材料で構成される媒体１４を備えることによって、加熱器２からの放射光の多孔体１の透過が抑制される。そして、多孔体１内の熱伝導率が低下するため、多孔体１の第１面と第２面との間の温度差を増加させることができる。

第四の形態のポンプ４０は、第一の形態のポンプ１０と同様に、伝熱効率の増加と流体抵抗の低下とを同時に達成し、ポンプ性能を向上することができる。その上、第一の形態のポンプ１０よりも、多孔体１の第１面と第２面との間の温度差を増加させることと、放射熱ロスを抑制することができる。

また、第三の形態のポンプ３０のように、多孔体１の第１面に放射材料１３を塗布すると、多孔体１の第１面で加熱器２からの放射光をほとんど全て吸収できるが、第１面が昇温し、第１面から放射光が発生する。多孔体１の第１面は加熱器２より高温とはならないので、第１面から加熱器２側へ放射する光の強度は加熱器２からくる光の強度以上にならないため問題ないが、第１面から多孔体１の第２空間側へ放射する光の強度は第２空間１２側から放射される光の強度よりも高いため問題となる。具体的には、第１面から多孔体１の第２空間１２側へ放射する光が第２空間１２に配置された冷却器４や第２空間１２の壁面等で吸収されると、加熱器２として放射熱ロス要因になる。このような多孔体１の第１面からの放射光が多孔体１を透過することによる放射熱ロスは、第１面に放射材料１３を塗布していない形態でも生じうる。

このように多孔体１の第１面からの放射光が多孔体１を透過することによる放射熱ロスを防ぐため、第四の形態のポンプ４０では、多孔体１内に放射伝熱を阻害する媒体１４を分布させている。このように多孔体１内に放射伝熱を阻害する媒体１４を分布させることによって、第四の形態のポンプ４０では、多孔体１の第１面からの放射光は多孔体１内を透過できなくなり、放射熱ロスを抑制することができる。

なお、多孔体１の内部に媒体１４として放射材料を備えた場合、多孔体１の内部だけでなく第２空間１２に接した第２面にも放射率が高い材料が存在することになるが、多孔体１の第２面の温度は冷却器４や第２空間１２の室温と同程度であることを想定しているため、第２面での放射光強度は周囲と同程度で、すなわち放射と吸収が釣り合う状態となるため、放射熱ロスにはならない。

＜実施形態の補足＞
本開示のポンプは、上述した形態に限定されず、本開示の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。例えば、加熱器が内部に熱媒体が流れる熱交換器である場合に、多孔体の第１面に放射材料を塗布する形態であってもよい。また、加熱器が内部に熱媒体が流れる熱交換器である場合に、多孔体の内部に放射伝熱を阻害する媒体を備える形態であってもよい。

１ 多孔体、２、２ａ、２ｂ 加熱器、３ 伝熱板、４ 冷却器、５ 気密シール、６ 筐体、１０、１０ａ、２０、３０、４０ ポンプ、１１ 第１空間、１２ 第２空間、１３ 放射材料、１４ 媒体、２１ 基材、２２ 選択吸収膜、２３ 放射材料膜、２４ 支持体、３１、４１ 気体流路、６１ 窓。

Claims (9)

1. 第１空間と第２空間とを仕切り、細孔径が内部の気体の平均自由行程の１０倍以下である気孔を有する略平板形状の多孔体と、
   前記第１空間において前記多孔体の第１面との間に距離を開けて前記多孔体と対面するように配置される加熱器と、を備え、
   前記多孔体と前記加熱器との間では、一部を除いた大部分又は全部で自由に気体が流れることが可能であり、
   前記加熱器は、前記多孔体の前記第１面と向かい合う面に、前記加熱器の温度で最も放射強度が高い波長域における放射率が８０パーセント以上の放射材料が塗布され、
   前記多孔体の前記第１面を前記加熱器が放射により加熱することによって、前記気孔を介して前記第２空間から前記第１空間へ気体を移送することが可能なこと、を特徴とするポンプ。
2. 請求項１に記載のポンプであって、
   前記放射材料はカーボンブラックであること、を特徴とするポンプ。
3. 請求項１又は２に記載のポンプであって、
   前記加熱器は、前記多孔体と向かい合っていない面に、光の波長により反射率が異なる選択吸収膜を備えること、を特徴とするポンプ。
4. 請求項１又は２に記載のポンプであって、
   前記加熱器は内部に熱媒体が流れる熱交換器であること、を特徴とするポンプ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のポンプであって、
   前記多孔体の前記第１面に、前記加熱器の温度で最も放射強度が高い波長域における放射率が８０パーセント以上の放射材料が塗布されていること、を特徴とするポンプ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のポンプであって、
   前記多孔体は、前記多孔体の内部に放射伝熱を阻害する媒体を備えること、を特徴とするポンプ。
7. 請求項６に記載のポンプであって、
   前記媒体は、前記加熱器によって加熱された前記多孔体の平均温度で最も放射強度が高い波長域における放射率が２０パーセント以下の反射材料又は８０パーセント以上の放射材料であること、を特徴とするポンプ。
8. 請求項６又は７に記載のポンプであって、
   前記媒体は微細な粒子であること、を特徴とするポンプ。
9. 請求項７又は８に記載のポンプであって、
   前記反射材料は金属であること、を特徴とするポンプ。