JP4523307B2 - 液体ehdポンプ - Google Patents
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Description
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。
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。
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:(C4 H9 COO)2 (CH2 )10)、セバチン酸ジブチル(示性式:(C4 H9 COO)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:C4 H9 (OCH2 CH2 )2 OCOCH3 )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:CHCl2 CF3 )が記載されている。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (2)
- 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:CF 3 (CHF) 2 C 2 F 5 )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:CF 3 (CHF) 2 C 2 F 5 )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。
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