JP4910436B2

JP4910436B2 - 電気浸透流ポンプシステム

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Publication number: JP4910436B2
Application number: JP2006071196A
Authority: JP
Inventors: 隆松田; 大介今中
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2026-03-15
Also published as: JP2007247510A

Description

本発明は、電気浸透流ポンプシステムに関する。

電気浸透流ポンプは、電気浸透現象を用いた液体駆動装置である。例えば図１３に示すように、電気浸透流ポンプ７０は、流路に充填された電気浸透材７１と、電気浸透材７１の流路に対して上流側及び下流側に配置された電極７２，７３とからなる。ここで、電気浸透材は、例えば流路方向に配置されたシリカ繊維等の誘電体からなる（例えば、特許文献１参照）。（この場合、電極７２が正極、電極７３が負極である。）

電気浸透流ポンプは、以下のような原理により駆動する。
誘電体が液体と接触すると、表面が帯電する。例えばシリカが水と接触すると、Ｓｉ−ＯH（シラノール基）が生成され、シラノール基がＳｉ−Ｏ⁻となり、シリカ表面は負に帯電する。一方、界面近傍には、溶液中の正イオン（カウンターイオン）が集まり、正電荷が過剰となる。ここで、誘電体の界面と平行な方向に電界を加えると、過剰な正電荷が負極方向に移動し、粘性により液体全体が負極方向に流れる。
なお、液体と接触して正に帯電する誘電体を電気浸透材に用いた場合には、液体は正極方向に流れる。

このような原理で駆動する電気浸透流ポンプは、可動部がなく構造が単純であり、小型化が可能、無脈動、無騒音、等の利点がある。
特開２００４−２７６２２４号公報

しかし、電気浸透流ポンプでは、始動時に電気浸透材の内部まで液体を浸透させる必要がある。

本発明の課題は、電気浸透流ポンプの始動時に電気浸透材の内部まで液体を浸透させることができる電気浸透流ポンプシステムを提供することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、液体の搬送管に設けられた電気浸透流ポンプと、前記搬送管内の流体を排出して、前記電気浸透流ポンプまで液体を供給する自給式ポンプと、を備え、前記自給式ポンプを間欠的に駆動することを特徴とする電気浸透流ポンプシステムである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電気浸透流ポンプシステムにおいて、前記自給式ポンプは前記電気浸透ポンプの上流側に配置されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電気浸透流ポンプシステムにおいて、前記自給式ポンプが駆動している間、前記電気浸透流ポンプを駆動する一方で、前記自給式ポンプが停止している間、前記電気浸透流ポンプを停止するように、前記電気浸透流ポンプの駆動電力を変化させることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の電気浸透流ポンプシステムにおいて、前記自給式ポンプの吸引動作時に、前記電気浸透流ポンプを駆動する一方で、前記自給式ポンプの吐出動作時に、前記電気浸透流ポンプを停止するように、前記電気浸透流ポンプの駆動電力を変化させることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の電気浸透流ポンプシステムにおいて、前記自給式ポンプの吸引動作より所定の時間遅らせて、前記電気浸透流ポンプを駆動する一方で、前記自給式ポンプの吐出動作より所定の時間遅らせて、前記電気浸透流ポンプを停止するように、前記電気浸透流ポンプの駆動電力を変化させることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項２〜５のいずれか一項に記載の電気浸透流ポンプシステムにおいて、前記電気浸透流ポンプの下流側に、前記搬送管内の流体を排出する第２の自給式ポンプをさらに備えることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気浸透流ポンプシステムにおいて、前記電気浸透流ポンプは、液体が貯留されるタンク内に上流側の一端が挿入され、下流側の他端が後続のシステムに接続された搬送管に設けられ、
前記自給式ポンプを駆動して前記搬送管内の気体を吸引することで前記電気浸透流ポンプに前記タンク内の液体を供給した後に前記電気浸透流ポンプを駆動することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、液体の搬送管に設けられた電気浸透流ポンプと、前記搬送管内の流体を排出して、前記電気浸透ポンプまで液体を供給する自給式ポンプと、を備え、前記搬送管は、液体が貯留されるタンク内に一端が挿入され、他端が後続のシステムに接続された第１搬送管及び第２搬送管と、前記第１搬送管と前記第２搬送管とを中間部で接続する中央管と、で構成され、前記電気浸透流ポンプと前記自給式ポンプは前記中央管に設けられ、前記第１搬送管及び前記第２搬送管の前記中央管との分岐部よりも上流側及び下流側にそれぞれ設けられた４つのバルブを更に備え、前記自給式ポンプを駆動して前記中央管内の流体を排出して、前記電気浸透流ポンプに前記タンク内の液体を供給した後に、前記第１搬送管の上流側バルブ及び前記第２搬送管の下流側バルブを開き、かつ、前記第２搬送管の上流側バルブ及び前記第１搬送管の下流側バルブを閉じた状態で、前記第１搬送管側から前記第２搬送管側に液体を搬送するように前記電気浸透流ポンプを駆動する操作と、前記第１搬送管の上流側バルブ及び前記第２搬送管の下流側バルブを閉じ、かつ、前記第２搬送管の上流側バルブ及び前記第１搬送管の下流側バルブを開いた状態で、前記第２搬送管側から前記第１搬送管側に液体を搬送するように前記電気浸透流ポンプを駆動する操作と、を交互に行うことを特徴とする電気浸透流ポンプシステムである。

本発明によれば、電気浸透流ポンプの始動時に電気浸透材の内部まで液体を浸透させることができる。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態のポンプシステム１を示す概略図である。ポンプシステム１は、タンク２と、タンク２内に一端が挿入され他端がポンプシステム１よりも後続のシステム（図示せず）に接続された搬送管１０と、搬送管１０から分岐され他端部がタンク２内に挿入された還流管４０と、搬送管１０と還流管４０との分岐部近傍に配置された電気浸透流ポンプ（Electro-Osmotic Pump，以下、ＥＯポンプ５０という）と、還流管４０に設けられた自給式ポンプ４３と、搬送管１０のＥＯポンプ５０よりも下流側に設けられたバルブ１３と、を備える。

タンク２にはポンプシステム１よりも後続のシステムで用いられる液体が貯められている。ここで、ポンプシステム１による搬送には、導電率の低い電解質で誘電率が比較的大きな液体が適している。具体的には、水溶液や、アルコール類、アセトニトリル等の有機溶媒が、ポンプシステム１により搬送が可能である。

搬送管１０は、還流管４０との分岐部よりも上流側の上流側搬送管１１と、下流側の下流側搬送管１２とからなる。ＥＯポンプ５０は下流側搬送管１２の上流側端部に配置されている。搬送管１０はＥＯポンプ５０が駆動されることによりタンク２内から液体を汲み出し、ポンプシステム１よりも後続のシステムへ搬送する。

ＥＯポンプ５０は、電気浸透材５１と、電気浸透材５１の上流側に配置された上流側電極５２と、電気浸透材５１の下流側に配置された下流側電極５３とからなる。電気浸透材５１は親水性の誘電体からなり、多孔質、繊維状、粒子状等の任意の形態とすることができる。また、電極は細かな穴があいている例えば金網状のものを用いることができる。

還流管４０は、自給式ポンプ４３よりも搬送管１０側の上流側還流管４１と、タンク２側の下流側還流管４２とからなる。還流管４０は、搬送管１０に流れる液体をタンク２へ還流させる流路である。

自給式ポンプ４３は、上流側還流管４１と下流側還流管４２との間に設けられている。自給式ポンプ４３は、液体だけでなく気体も含む流体を吸引し吐出することができるポンプである。自給式ポンプ４３は、上流側還流管４１側から気体または液体を吸引し、下流側還流管４２側に吐出する。

小型の自給式ポンプ４３としては、例えばピエゾポンプを使用することができる。ピエゾポンプは、電圧をかけると伸縮するピエゾ素子を用いて、入口及び出口に単方向弁を設けたポンプ内空の容積を変化させるポンプである。ピエゾ素子に例えば１０〜６０Ｈｚの電気信号を入力することで、ポンプ内空の容積を１０〜６０Ｈｚの周期で増減させることができる。ピエゾポンプはポンプ内空の容積の増大により液体や気体を入口から吸引し、ポンプ内空の容積の減少により液体や気体を出口から吐出する。

バルブ１３は、ポンプシステム１よりも後続のシステムからの液体の逆流を防止する。なお、電気浸透材５１やポンプシステム１の後に続くシステムの圧力損失や、自給式ポンプ４３の吸引力、タンク２から液体を吸引するのに必要な力の関係によっては、バルブ１３はなくともよい。バルブ１３としては、信号により開閉制御可能な例えば電磁弁を用いることができる。

図２はポンプシステム１の制御構成を示すブロック図である。ポンプシステム１の制御構成は、ＥＯポンプ駆動部６１と、自給式ポンプ駆動部６２と、バルブ駆動部６３と、これらを制御する制御部６０とからなる。

ＥＯポンプ駆動部６１は、制御部６０の指令に従ってＥＯポンプ５０の上流側電極５２、下流側電極５３に電圧を印加する。自給式ポンプ駆動部６２は制御部６０の指令に従って自給式ポンプ４３を駆動する。バルブ駆動部６３は制御部６０の指令に従ってバルブ１３を開閉する。

次に、ポンプシステム１による液体の搬送方法について説明する。なお、ポンプシステム１を作動させる前は、上流側搬送管１１内、上流側還流管４１内には、タンク２内の液体が気化した気体、または空気等の気体がある。

まず、制御部６０は、バルブ駆動部６３を制御してバルブ１３を閉じる。次に、制御部６０は、自給式ポンプ駆動部６２を制御して自給式ポンプ４３を駆動すると、上流側搬送管１１及び上流側還流管４１の内部の気体が自給式ポンプ４３により吸引され、図３に示すように、タンク２内の液体が上流側搬送管１１及び上流側還流管４１の内部に満たされる。この間、自給式ポンプ４３が下流側搬送管１２内の気体を吸引することを防ぐため、バルブ１３を閉じておく。

次に、制御部６０は、自給式ポンプ駆動部６２を制御して自給式ポンプ４３を停止させ、次いでバルブ駆動部６３を制御してバルブ１３を開く。すると、上流側搬送管１１及び上流側還流管４１の内部に満たされた液体が、毛細管現象により電気浸透材５１に浸透する。この間、液体が電気浸透材５１に浸透するにつれて下流側搬送管１２内の圧力上昇を防ぐため、バルブ１３を開いておく。

液体が下流側電極５３まで浸透したら、制御部６０は、ＥＯポンプ駆動部６１を制御してＥＯポンプ５０を駆動する。すると、ＥＯポンプ５０により電気浸透材５１内の液体が下流側搬送管１２に流出し、上流側搬送管１１の液体が電気浸透材５１内に浸透する。以上により、タンク２内の液体が搬送管１０を通って搬送される。

なお、自給式ポンプ４３に単方向弁が用いられている場合は、ＥＯポンプ５０の駆動時には下流側還流管４２は上流側還流管４１と切り離された状態になる。しかし、自給式ポンプ４３に単方向弁が用いられていない等、下流側還流管４２と上流側還流管４１とが切り離された状態にならない場合には、ＥＯポンプ５０の駆動により液体が還流管４０を逆流するおそれがある。この場合には、還流管４０に図示しない第２のバルブを設け、第２のバルブを閉じた状態でＥＯポンプ５０を駆動すればよい。

ＥＯポンプ５０による搬送を継続すると、上流側電極５２及び下流側電極５３近傍に液体の電気分解により生じた気泡が蓄積することがある。下流側電極５３近傍に発生する気泡は液体とともに下流へ流れ去る場合が多いが、上流側電極５２近傍に発生する気泡はＥＯポンプ５０の上流側に蓄積する。そこで、気泡を除去するために、制御部６０は自給式ポンプ駆動部６２を制御して自給式ポンプ４３を駆動することで、気泡を液体とともに還流管４０に流し去る。

気泡は電気分解により生じるので、気泡の発生量はＥＯポンプ５０への通電量から予測することができる。このため、制御部６０が気体の発生量の予測に基づいて一定時間間隔で自給式ポンプ駆動部６２を制御して自給式ポンプ４３を駆動することで、ＥＯポンプ５０の搬送効率を維持することができる。

なお、上流側電極５２と下流側電極５３との間に気体が溜まると、電極間の静電容量が変化する。そこで、静電容量を計測することにより気体量を計測し、気体量に応じて制御部６０が自給式ポンプ駆動部６２を制御して自給式ポンプ４３を駆動するようにしてもよい。

自給式ポンプ４３を駆動している間は、上流側搬送管１１内の液体の一部が還流管４０側に流れ、ＥＯポンプ５０を透過する液体の流量が減少する。そこで、制御部６０は、自給式ポンプ駆動部６２が自給式ポンプ４３を駆動している間、ＥＯポンプ駆動部６１を制御してＥＯポンプ５０の駆動電圧を上昇させてもよい。

例えば、自給式ポンプ４３にピエゾポンプを用いた場合について説明する。図４は制御部６０が自給式ポンプ駆動部６２及びＥＯポンプ駆動部６１を制御してピエゾポンプ及びＥＯポンプ５０に印加する電圧を示すタイミングチャートである。なお、ピエゾポンプにＶ+の電圧を印加したときにピエゾポンプは吸引を行い、ピエゾポンプにＶ-の電圧を印加したときにピエゾポンプは吐出を行うとする。ここで、Ｖ+＞０＞Ｖ-である。

ピエゾポンプに印加する電圧を変化させている間、ＥＯポンプ５０の駆動電圧を通常の電圧Ｖ1からＶ2（Ｖ2＞Ｖ1）に上昇させることにより、自給式ポンプ４３を駆動することによる流量の減少を補うことができる。

一方、自給式ポンプ４３が吸引しているときは上流側搬送管１１内の液体の一部が還流管４０側に流れる一方で、自給式ポンプ４３が吐出しているときは還流管４０側への流れがない。このため、自給式ポンプ４３を駆動している間、ＥＯポンプ５０の駆動電圧を一定に保つと、搬送管１０に脈動が生じるおそれがある。

そこで、制御部６０は、自給式ポンプ駆動部６２が自給式ポンプ４３を駆動して吸引動作させている間のみ、ＥＯポンプ駆動部６１を制御してＥＯポンプ５０の駆動電圧を通常の電圧よりも上昇させてもよい。

すなわち、図５に示すように、制御部６０は、自給式ポンプ駆動部６２を制御してピエゾポンプにＶ+の電圧を印加すると同時に、ＥＯポンプ駆動部６１を制御してＥＯポンプ５０の駆動電圧を通常の電圧Ｖ1からＶ2に上昇させる。一方、制御部６０は、自給式ポンプ駆動部６２を制御してピエゾポンプにＶ-の電圧を印加すると同時に、ＥＯポンプ駆動部６１を制御してＥＯポンプ５０の駆動電圧をＶ2からＶ1に下降させる。

このように自給式ポンプ４３の吸引動作時にのみＥＯポンプ５０の駆動電圧を上昇させることにより、搬送管１０の脈動を防ぐことができる。

また、搬送管１０の流量変化が自給式ポンプ４３の吸引・吐出の切替よりも遅れて生じる場合には、制御部６０は、自給式ポンプ駆動部６２が自給式ポンプ４３に印加する電圧を変化させてから所定の時間（位相）だけ遅らせて、ＥＯポンプ駆動部６１を制御してＥＯポンプ５０の駆動電圧を変化させてもよい。

すなわち、図６に示すように、制御部６０は、自給式ポンプ駆動部６２を制御してピエゾポンプにＶ+の電圧を印加してから所定の時間遅らせて、ＥＯポンプ駆動部６１を制御してＥＯポンプ５０の駆動電圧を通常の電圧Ｖ1からＶ2に上昇させる。一方、制御部６０は、自給式ポンプ駆動部６２を制御してピエゾポンプにＶ-の電圧を印加してから所定の時間遅らせて、ＥＯポンプ駆動部６１を制御してＥＯポンプ５０の駆動電圧をＶ2からＶ1に下降させる。

このように自給式ポンプ４３の印加電圧の変化より所定の時間遅らせてＥＯポンプ５０の駆動電圧を変化させることにより、搬送管１０の脈動を防ぐことができる。

なお、搬送管１０と還流管４０との分岐部の構造によっては、例えば自給式ポンプ４３の吸引力が液体をタンク２から引き込む補助になるなど、ＥＯポンプ５０による搬送量を上昇させることも考えられる。このような場合には、自給式ポンプ４３の吸引時にＥＯポンプ５０の印加電圧を下げればよい。

また、図４〜図６においては、電圧を変化させることでＥＯポンプ５０の駆動電力を変化させ、ＥＯポンプ５０の流量を変化させたが、電圧自体は変化させず、パルス幅変調によりＥＯポンプ５０の駆動電力を変化させ、ＥＯポンプ５０の流量を変化させてもよい。

さらに、ＥＯポンプ５０の下流に流量センサーを設け、これらのセンサーの検出結果を用いてＥＯポンプ５０の駆動電力をフィードバック制御するシステムとしてもよい。

フィードバック制御では、自給式ポンプ４３を駆動していないときは、流量センサーが制御部６０に検出結果を出力する。流量が増大したときは、制御部６０がＥＯポンプ駆動部６１を制御してＥＯポンプ５０の駆動電力を低減し、流量を減少させる。一方、流量が減少したときは制御部６０がＥＯポンプ駆動部６１を制御してＥＯポンプ５０の駆動電力を増大させ、流量を増大させる。
このとき、制御部６０は流量の増減に応じてＥＯポンプ５０の例えば駆動電圧の変化量ΔＥを算出し、ＥＯポンプ駆動部６１を制御してＥＯポンプ５０の駆動電圧を変化させる。

フィードバック制御を行うシステムにおいて自給式ポンプ４３を駆動するときは、ＥＯポンプ５０の駆動電圧を図４〜図６のように変化させるときに、ΔＥを加算する。これにより、自給式ポンプ４３による予測可能な変動に対応しながら、予測不能な変動（外乱）にも対応することができる。なお、流量センサーの代わりに圧力センサーを用いる構成でもよい。

＜変形例１＞
図７に示すように、搬送管１０の下流側電極５３が配置される位置に、還流管４０ｂとの分岐部を設け、還流管４０ｂに自給式ポンプ４３ｂを設けるようにしてもよい。
図３のように上流側の自給式ポンプ４３で自給すると、ＥＯポンプ５０の中は毛管力のみで液体が自給されることになりある程度時間がかかるが、下流側の自給式ポンプ４３ｂで自給するとＥＯポンプ５０の中では、毛管力と自給式ポンプ４３ｂの吸引力の両方が利用でき、自給の時間を短縮することができるという長所がある。
この構造は、ＥＯポンプ５０の電極近傍に電気分解により生成する気体が発生したとしても液体に溶けやすい物質の場合等に、有効に利用することができる。

＜変形例２＞
ＥＯポンプ５０の流量が少ない場合には、下流側電極５３近傍に発生する気泡も流れ去らずに蓄積することがある。また、ポンプシステム１以後の装置や反応などによっては、発生する気体を流し去ることが好ましくない場合もある。

そこで、図８に示すように、搬送管１０の上流側電極５２が配置される位置に第１の還流管４０ａとの分岐部を設けるとともに、搬送管１０の下流側電極５３が配置される位置に、第２の還流管４０ｂとの分岐部を設け、第１の還流管４０ａに第１の自給式ポンプ４３ａを設けるとともに、第２の還流管４０ｂに第２の自給式ポンプ４３ｂを設ける。

そして、制御部６０が自給式ポンプ駆動部６２を制御して、第１の自給式ポンプ４３ａを駆動することで、上流側電極５２より発生する気体を流し去ることができる。一方、制御部６０が自給式ポンプ駆動部６２を制御して、第２の自給式ポンプ４３ｂを駆動することで、下流側電極５３より発生する気体も流し去ることができる。

なお、この場合、ＥＯポンプ５０の駆動を開始するときに、バルブ１３を閉じた状態で第２の自給式ポンプ４３ｂを駆動することで、上流側搬送管１１の液体を電気浸透材５１内に浸透させることができる。

＜変形例３＞
また、図９に示すように、搬送管１０の上流側電極５２が配置される位置に第１の還流管４０ａとの分岐部を設けるとともに、搬送管１０の下流側電極５３が配置される位置に第２の還流管４０ｂとの分岐部を設け、第１の還流管４０ａに上流側バルブ４４を設けるとともに、第２の還流管４０ｂに下流側バルブ４５を設け、さらに第１の還流管４０ａ及び第２の還流管４０ｂを下流で合流させ、１つの自給式ポンプ４３に接続してもよい。

そして、制御部６０がバルブ駆動部６３を制御して上流側バルブ４４を開いた状態で、自給式ポンプ駆動部６２を制御して自給式ポンプ４３を駆動することで、上流側電極５２より発生する気体を流し去ることができる。一方、制御部６０がバルブ駆動部６３を制御して下流側バルブ４５を開いた状態で、自給式ポンプ駆動部６２を制御して自給式ポンプ４３を駆動することで、下流側電極５３より発生する気体を流し去ることができる。
このような構造にすることで、＜変形例２＞に比べて、自給式ポンプの数を減らすことができる。

なお、この場合、ＥＯポンプ５０の駆動を開始するときに、バルブ１３及び上流側バルブ４４を閉じた状態で自給式ポンプ４３を駆動することで、上流側搬送管１１の液体を電気浸透材５１内に浸透させることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図１０は本発明の第２実施形態のポンプシステム１００を示す概略図である。なお、ポンプシステム１００の制御構成は第１実施形態のポンプシステム１（図２）と同様であるので省略する。本実施の形態のポンプシステム１００では、タンク１０２から液体を搬送する搬送管が第１搬送管１１０と第２搬送管１２０とに分岐されている。なお、第１搬送管１１０と第２搬送管１２０とは下流側で合流し、後続のシステムに接続されている。

さらに、第１搬送管１１０及び第２搬送管１２０は、中央部から分岐された中央管１３０により互いに接続されている。中央管１３０の内部にはＥＯポンプ１５０が設けられている。

なお、第１搬送管１１０、第２搬送管１２０の上流側端部は１本の搬送管から分岐されずに、別々にタンク１０２内に挿入されていてもよい。また、第１搬送管１１０、第２搬送管１２０の下流側端部は合流せずに別々に後続のシステムに接続されていてもよい。

以下、第１搬送管１１０の中央管１３０との分岐部よりも上流側を上流側第１搬送管１１１、下流側を下流側第１搬送管１１２という。また、第２搬送管１２０の中央管１３０との分岐部よりも上流側を上流側第２搬送管１２１、下流側を下流側第２搬送管１２２という。また、ＥＯポンプ１５０の第１搬送管１１０側の電極を第１電極１５２、第２搬送管１２０側の電極を第２電極１５３といい、中央管１３０の第１搬送管１１０側を第１中央管１３１、第２搬送管１２０側を第２中央管１３２という。

上流側第１搬送管１１１、下流側第１搬送管１１２、上流側第２搬送管１２１、下流側第２搬送管１２２にはそれぞれ、上流側第１バルブ１１１ａ、下流側第１バルブ１１２ａ、上流側第２バルブ１２１ａ、下流側第２バルブ１２２ａが設けられている。上流側第１バルブ１１１ａ、下流側第１バルブ１１２ａ、上流側第２バルブ１２１ａ、下流側第２バルブ１２２ａには電磁バルブを用いることができ、制御部６０に制御されたバルブ駆動部６３により開閉される。

第１中央管１３１の第１電極の近傍には、第１還流管１４１との分岐部が設けられている。同様に、第２中央管１３２の第２電極１５３の近傍には、第２還流管１４２との分岐部が設けられている。第１還流管１４１及び第２還流管１４２は、第１中央管１３１、第２中央管１３２を流れる液体をタンク１０２へ還流する流路である。

第１還流管１４１及び第２還流管１４２には、それぞれ第１自給式ポンプ１４３ａ、第２自給式ポンプ１４３ｂが設けられている。第１自給式ポンプ１４３ａ、第２自給式ポンプ１４３ｂとしては、第１実施形態の自給式ポンプ４３と同様のポンプを用いることができる。

次に、ポンプシステム１００による液体の搬送方法について説明する。
〔運転開始〕
まず、制御部６０は、バルブ駆動部６３を制御して上流側第１バルブ１１１ａのみを開き、次いで自給式ポンプ駆動部６２を制御して第２自給式ポンプ１４３ｂを駆動する。すると、第１中央管１３１内、ＥＯポンプ１５０の電気浸透材１５１内、上流側第１搬送管１１１内の気体が第２自給式ポンプ１４３ｂにより排出されるとともに、タンク１０２内の液体が上流側第１搬送管１１１、第１中央管１３１を通ってＥＯポンプ１５０の電気浸透材１５１を透過し、第２電極１５３に到達する。液体が第２電極１５３に到達したら、制御部６０は、自給式ポンプ駆動部６２を制御して第２自給式ポンプ１４３ｂを停止し、次いでバルブ駆動部６３を制御して上流側第１バルブ１１１ａを閉じる。

次に、制御部６０は、バルブ駆動部６３を制御して上流側第２バルブ１２１ａのみを開き、次いで自給式ポンプ駆動部６２を制御して第２自給式ポンプ１４３ｂを駆動する。すると、第２中央管１３２内、上流側第２搬送管１２１内の気体が第２自給式ポンプ１４３ｂにより排出されるとともに、タンク１０２内の液体が上流側第２搬送管１２１、第２中央管１３２を通って第２電極１５３に到達する。このような制御により、ＥＯポンプ１５０の両側の第１中央管１３１、第２中央管１３２に確実に液体が存在する状態を作ることができる。液体が第２電極１５３に到達したら、制御部６０は、自給式ポンプ駆動部６２を制御して第２自給式ポンプ１４３ｂを停止し、次いでバルブ駆動部６３を制御して上流側第２バルブ１２１ａを閉じる。

次に、制御部６０はバルブ駆動部６３を制御して上流側第１バルブ１１１ａ、下流側第２バルブ１２２ａのみを開く。次いで、制御部６０はＥＯポンプ駆動部６１を制御し、ＥＯポンプ１５０が第１電極１５２側から第２電極１５３側に液体が搬送されるように両電極間に駆動電圧を印加する。すると、液体が上流側第１搬送管１１１、第１中央管１３１、電気浸透材１５１、第２中央管１３２、下流側第２搬送管１２２を通ってポンプシステム１００外へ搬送される。

〔第１電極側気泡除去〕
ＥＯポンプ１５０を駆動してから一定時間が経過すると、第１電極１５２近傍に液体の電気分解により生じた気泡が蓄積する。そこで、制御部６０は、ＥＯポンプ１５０を駆動してから一定時間が経過したら、自給式ポンプ駆動部６２を制御して第１自給式ポンプ１４３ａを駆動する。すると、第１電極１５２の近傍の気泡は液体とともに第１還流管１４１より排出される。気泡が除去されたら、制御部６０は自給式ポンプ駆動部６２を制御して第１自給式ポンプ１４３ａを停止する。この間、ＥＯポンプ１５０による液体の搬送は継続される。その後、一定時間が経過する毎に、制御部６０は自給式ポンプ駆動部６２を制御して第１自給式ポンプ１４３ａの駆動・停止を繰り返す。以上により、第１電極１５２近傍に蓄積する気泡を除去することができる。

一方、ＥＯポンプ１５０の流量が少ない場合には、第２電極１５３近傍にも液体の電気分解により生じた気泡が流れ去らずに蓄積することがある。そこで、制御部６０は、第２電極１５３近傍に蓄積した気泡を除去するために、以下の制御を行う。

〔流路切替１〕
まず、制御部６０は、ＥＯポンプ駆動部６１を制御してＥＯポンプ１５０を停止する。次いで、制御部６０は、バルブ駆動部６３を制御して上流側第１バルブ１１１ａ、下流側第２バルブ１２２ａを閉じるとともに、上流側第２バルブ１２１ａ、下流側第１バルブ１１２ａを開く。その後、制御部６０は、ＥＯポンプ駆動部６１を制御し、ＥＯポンプ１５０が第２電極１５３側から第１電極１５２側に液体が搬送されるように両電極間に駆動電圧を印加する。すると、液体が上流側第２搬送管１２１、第２中央管１３２、電気浸透材１５１、第１中央管１３１、下流側第１搬送管１１２を通ってポンプシステム１００外へ搬送される。

〔第２電極側気泡除去〕
次に、制御部６０は、自給式ポンプ駆動部６２を制御して第２自給式ポンプ１４３ｂを駆動する。すると、第２電極１５３近傍の気泡は液体とともに第２還流管１４２より排出される。気泡が除去されたら、制御部６０は自給式ポンプ駆動部６２を制御して第２自給式ポンプ１４３ｂを停止する。この間、ＥＯポンプ１５０による液体の搬送は継続される。その後、一定時間が経過する毎に、制御部６０は自給式ポンプ駆動部６２を制御して第２自給式ポンプ１４３ｂの駆動・停止を繰り返す。以上により、第２電極１５３近傍に蓄積する気泡も除去することができる。

さらに運転を継続すると、第１電極１５２近傍に液体の電気分解により生じた気泡が蓄積する。そこで、再び第１電極１５２側の気泡の除去をするために、制御部６０は、流路の切替を行う。

〔流路切替２〕
まず、制御部６０は、ＥＯポンプ駆動部６１を制御してＥＯポンプ１５０を停止する。次いで、制御部６０は、バルブ駆動部６３を制御して上流側第２バルブ１２１ａ、下流側第１バルブ１１２ａを閉じるとともに、上流側第１バルブ１１１ａ、下流側第２バルブ１２２ａを開く。その後、制御部６０は、ＥＯポンプ駆動部６１を制御し、ＥＯポンプ１５０が第１電極１５２側から第２電極１５３側に液体が搬送されるように両電極間に駆動電圧を印加する。すると、液体が上流側第１搬送管１１１、第１中央管１３１、電気浸透材１５１、第２中央管１３２、下流側第２搬送管１２２を通ってポンプシステム１００外へ搬送される。

以後、制御部６０が上記の〔第１電極側気泡除去〕、〔流路切替１〕、〔第２電極側気泡除去〕、〔流路切替２〕の処理を一定時間間隔で繰り返すことで、ＥＯポンプ１５０の両電極近傍に生じる気泡を除去することができ、ポンプシステム１００の搬送効率を維持することができる。

なお、〔流路切替１〕、〔流路切替２〕の処理において、ＥＯポンプ１５０の送液方向を逆転する瞬間に、制御部６０がＥＯポンプ駆動部６１を制御してＥＯポンプ１５０の駆動電圧を通常よりも高くしてもよい。これにより、さらに短時間での送液方向の反転が可能となる。

＜変形例４＞
第２実施形態においては、２つの自給式ポンプ１４３ａ，１４３ｂを用いたが、図１１に示すように、２つの自給式ポンプ１４３ａ，１４３ｂの代わりに第１還流管１４１及び第２還流管１４２に中央第１バルブ１４１ａ、中央第２バルブ１４２ａを設けるとともに、第１還流管１４１及び第２還流管１４２を合流させ、合流部よりも下流側に１つの自給式ポンプ１４３を設けてもよい。

そして、制御部６０がバルブ駆動部６３を制御して上流側第１バルブ１１１ａ、中央第１バルブ１４１ａ、下流側第２バルブ１２２ａを開いた状態で、自給式ポンプ駆動部６２を制御して自給式ポンプ１４３を駆動することで、第１電極１５２近傍に発生する気体を流し去ることができる。一方、制御部６０がバルブ駆動部６３を制御して上流側第２バルブ１２１ａ、中央第２バルブ１４２ａ、下流側第１バルブ１１２ａを開いた状態で、自給式ポンプ駆動部６２を制御して自給式ポンプ１４３を駆動することで、第２電極１５３近傍に発生する気体を流し去ることができる。

＜変形例５＞
第２実施形態では、ＥＯポンプ１５０の流量が気泡を流し去るのに充分でない場合の構成例であるが、ＥＯポンプ１５０の流量が充分であり、ポンプシステム１００以降のシステムの装置や反応などが発生する気体により悪影響を受けない場合には、図１２に示すように第１還流管１４１及び第１自給式ポンプ１４３ａを省略することもできる。
この図は、＜第２実施形態＞において、〔第１電極側気泡除去〕〔第２電極側気泡除去〕の操作を行わなくてよい場合の概略図である。

そして、制御部６０が上記の流路切替１、流路切替２の処理を一定時間間隔で繰り返すことにより、第１電極１５２、第２電極１５３近傍に発生する気体を一定時間間隔でそれぞれの電極を下流側にすることにより、流し去ることができる。
この場合、第２自給式ポンプ１４３ｂはＥＯポンプ１５０に液体を自給させるためのみに用いている。（〔第２電極側気泡除去〕は可能である。）なお、第１還流管１４１及び第１自給式ポンプ１４３ａを省略するかわりに、第２還流管１４２及び第２自給式ポンプ１４３ｂを省略することもできる。

本発明の第１実施形態のポンプシステム１を示す概略図である。ポンプシステム１の制御構成を示すブロック図である。ポンプシステム１に液体が供給された状態を示す概略図である。ピエゾポンプ及びＥＯポンプに印加する電圧を示すタイミングチャート例である。ピエゾポンプ及びＥＯポンプに印加する電圧を示すタイミングチャートの変形例である。ピエゾポンプ及びＥＯポンプに印加する電圧を示すタイミングチャートの別の変形例である。ポンプシステム１の変形例１を示す概略図である。ポンプシステム１の変形例２を示す概略図である。ポンプシステム１の変形例３を示す概略図である。本発明の第２実施形態のポンプシステム１００を示す概略図である。ポンプシステム１００の変形例（変形例４）を示す概略図である。ポンプシステム１００の変形例（変形例５）を示す概略図である。電気浸透流ポンプ７０の構造を示す概略図である。

符号の説明

１，１００ポンプシステム（電気浸透流ポンプシステム）
２，１０２タンク
１０搬送管
１１上流側搬送管
１２下流側搬送管
４３，４３ｂ，１４３，１４３ａ，１４３ｂ自給式ポンプ
５０，７０，１５０ＥＯポンプ（電気浸透流ポンプ）
５１，７１，１５１電気浸透材
５２上流側電極
５３下流側電極
１５２第１電極
１５３第２電極
１１０第１搬送管
１１１上流側第１搬送管
１１１ａ上流側第１バルブ
１１２下流側第１搬送管
１１２ａ下流側第１バルブ
１２０第２搬送管
１２１上流側第２搬送管
１２１ａ上流側第２バルブ
１２２下流側第２搬送管
１２２ａ下流側第２バルブ
１３０中央管
１３１第１中央管
１３２第２中央管

Claims

液体の搬送管に設けられた電気浸透流ポンプと、
前記搬送管内の流体を排出して、前記電気浸透流ポンプまで液体を供給する自給式ポンプと、
を備え、
前記自給式ポンプを間欠的に駆動することを特徴とする電気浸透流ポンプシステム。
前記自給式ポンプは前記電気浸透流ポンプの上流側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電気浸透流ポンプシステム。
前記自給式ポンプが駆動している間、前記電気浸透流ポンプを駆動する一方で、前記自給式ポンプが停止している間、前記電気浸透流ポンプを停止するように、前記電気浸透流ポンプの駆動電力を変化させることを特徴とする請求項２に記載の電気浸透流ポンプシステム。
前記自給式ポンプの吸引動作時に、前記電気浸透流ポンプを駆動する一方で、前記自給式ポンプの吐出動作時に、前記電気浸透流ポンプを停止するように、前記電気浸透流ポンプの駆動電力を変化させることを特徴とする請求項２に記載の電気浸透流ポンプシステム。
前記自給式ポンプの吸引動作より所定の時間遅らせて、前記電気浸透流ポンプを駆動する一方で、前記自給式ポンプの吐出動作より所定の時間遅らせて、前記電気浸透流ポンプを停止するように、前記電気浸透流ポンプの駆動電力を変化させることを特徴とする請求項２に記載の電気浸透流ポンプシステム。
前記電気浸透流ポンプの下流側に、前記搬送管内の流体を排出する第２の自給式ポンプをさらに備えることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の電気浸透流ポンプシステム。
前記電気浸透流ポンプは、液体が貯留されるタンク内に上流側の一端が挿入され、下流側の他端が後続のシステムに接続された搬送管に設けられ、
前記自給式ポンプを駆動して前記搬送管内の気体を吸引することで前記電気浸透流ポンプに前記タンク内の液体を供給した後に前記電気浸透流ポンプを駆動することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気浸透流ポンプシステム。
液体の搬送管に設けられた電気浸透流ポンプと、
前記搬送管内の流体を排出して、前記電気浸透流ポンプまで液体を供給する自給式ポンプと、を備え、
前記搬送管は、液体が貯留されるタンク内に一端が挿入され、他端が後続のシステムに接続された第１搬送管及び第２搬送管と、
前記第１搬送管と前記第２搬送管とを中間部で接続する中央管と、で構成され、
前記電気浸透流ポンプと前記自給式ポンプは前記中央管に設けられ、
前記第１搬送管及び前記第２搬送管の前記中央管との分岐部よりも上流側及び下流側にそれぞれ設けられた４つのバルブ
を更に備え、
前記自給式ポンプを駆動して前記中央管内の流体を排出して、前記電気浸透流ポンプに前記タンク内の液体を供給した後に、
前記第１搬送管の上流側バルブ及び前記第２搬送管の下流側バルブを開き、かつ、前記第２搬送管の上流側バルブ及び前記第１搬送管の下流側バルブを閉じた状態で、前記第１搬送管側から前記第２搬送管側に液体を搬送するように前記電気浸透流ポンプを駆動する操作と、
前記第１搬送管の上流側バルブ及び前記第２搬送管の下流側バルブを閉じ、かつ、前記第２搬送管の上流側バルブ及び前記第１搬送管の下流側バルブを開いた状態で、前記第２搬送管側から前記第１搬送管側に液体を搬送するように前記電気浸透流ポンプを駆動する操作と、
を交互に行うことを特徴とする電気浸透流ポンプシステム。