特許 7609001 電気流体力学ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-23

(45)【発行日】2025-01-07

(54)【発明の名称】電気流体力学ポンプ

(51)【国際特許分類】

   H02K 44/02 20060101AFI20241224BHJP

【ＦＩ】

H02K44/02

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021124272

(22)【出願日】2021-07-29

(65)【公開番号】P2023019505

(43)【公開日】2023-02-09

【審査請求日】2024-04-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000175272

【氏名又は名称】三浦工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(72)【発明者】

【氏名】笹尾 智浩

【審査官】稲葉 礼子

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００４／０２４４４０６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００７－１９６３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１２９３５７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ４４／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁性を有する対象流体に電圧を印加することで前記対象流体に流れを生じさせる電気流体力学ポンプであって、
直列に配置され、それぞれ前記対象流体に電圧を印加する複数のポンプモジュールと、
隣接し合う前記ポンプモジュール同士を接続する接続部材と、
を備え、
それぞれの前記ポンプモジュールは、
絶縁材料で形成され、前記対象流体に電圧を印加する作用流路を画定する作用部と、
前記作用流路に電界を印加する一対の電極と、
絶縁材料で形成され、前記作用部を収容する筒状のケーシング部と、
前記ケーシング部の両端に一体に設けられ、前記接続部材に保持される一対の固定構造部と、
を有する、電気流体力学ポンプ。

【請求項2】

前記固定構造部は、絶縁材料で前記ケーシング部と一体に形成される、請求項１に記載の電気流体力学ポンプ。

【請求項3】

前記固定構造部及び前記接続部材は管継手を構成する、請求項１又は２に記載の電気流体力学ポンプ。

【請求項4】

前記固定構造部はヘルールであり、前記接続部材はクランプバンドである、請求項３に記載の電気流体力学ポンプ。

【請求項5】

前記複数のポンプモジュールは、前記作用流路の形状が異なるものを含む、請求項１から４のいずれかに記載の電気流体力学ポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気流体力学ポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

絶縁性を有する流体に電圧を印加することで流体に流れが生じる電気流体力学効果が知られている。この電気流体力学効果を利用して流体を吐出する電気流体力学ポンプが提案されている。電気流体力学ポンプは、インペラのような可動部材を必要としないため、小型化が可能である。

【0003】

電気流体力学ポンプにおいて、吐出量及び吐出圧を大きくするためには、電圧を高くすることが有効であるが、電圧を高くすると回路が高価になると共に、周囲の金属の影響を受けやすくなるという不都合が生じ得る。電圧を抑制しながら吐出量及び吐出圧を大きくする方法として、流路に沿って複数の電極対を多段に配設し、複数の電極対によって流体を順番に加圧するよう構成した電気流体力学ポンプが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１０－６３３４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

求められる仕様に応じて電極対の数及び配置を設計変更すると電気流体力学ポンプがコスト高となってしまう。このため、本発明は、容易に仕様を変更できる電気流体力学ポンプを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る電気流体力学ポンプは、絶縁性を有する対象流体に電圧を印加することで前記対象流体に流れを生じさせる電気流体力学ポンプであって、直列に配置され、それぞれ前記対象流体に電圧を印加する複数のポンプモジュールと、隣接し合う前記ポンプモジュール同士を接続する接続部材と、を備え、それぞれの前記ポンプモジュールは、絶縁材料で形成され、前記対象流体に電圧を印加する作用流路を画定する作用部と、前記作用流路に電界を印加する一対の電極と、絶縁材料で形成され、前記作用部を収容する筒状のケーシング部と、前記ケーシング部の両端に一体に設けられ、前記接続部材に保持される一対の固定構造部と、を有する。

【0007】

上述の電気流体力学ポンプにおいて、前記固定構造部は、絶縁材料で前記ケーシング部と一体に形成されてもよい。

【0008】

上述の電気流体力学ポンプにおいて、前記固定構造部及び前記接続部材は管継手を構成してもよい。

【0009】

上述の電気流体力学ポンプにおいて、前記固定構造部はヘルールであり、前記接続部材はクランプバンドであってもよい。

【0010】

上述の電気流体力学ポンプにおいて、複数のポンプモジュールは、前記作用流路の形状が異なるものを含んでもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、容易に仕様を変更できる電気流体力学ポンプを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施系形態に係る電気流体力学ポンプの構成を示す模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明をする。図１は、本発明の一実施系形態に係る電気流体力学ポンプ１の構成を示す模式的断面図である。

【0014】

図１の電気流体力学ポンプ１は、絶縁性を有する対象流体に電圧を印加することで対象流体に流れを生じさせるポンプである。電気流体力学ポンプ１は、直列に配置され、それぞれ対象流体に電圧を印加する複数のポンプモジュール１０と、隣接し合うポンプモジュール１０同士をそれぞれ接続する複数の接続部材２０と、を備える。なお、図示する電気流体力学ポンプ１は、３つのポンプモジュール１０を有するが、ポンプモジュール１０の数は特に限定されない。

【0015】

ポンプモジュール１０は、絶縁材料で形成され、対象流体に電圧を印加する作用流路１１１を画定する作用部１１と、作用流路１１１に電界を印加する一対の電極（第１電極１２及び第２電極１３）と、絶縁材料で形成され、作用部１１を収容する筒状のケーシング部１４と、ケーシング部１４の両端に一体に設けられ、接続部材２０に保持される一対の固定構造部１５と、を有する。

【0016】

各ポンプモジュール１０のケーシング部１４及び固定構造部１５は、すべて同一の形状を有することが好ましいが、作用部１１（特に作用流路１１１）及び電極１２，１３は、ポンプモジュール１０ごとに異なる形状を有してもよい。つまり、電気流体力学ポンプ１は、作用流路１１１の形状が異なるポンプモジュール１０を組み合わせて形成され得る。電気流体力学ポンプ１の特性は、ポンプモジュールの組み合わせによって異なるものとなる。したがって、比較的少数の異なる仕様のポンプモジュール１０を用意し、その組み合わせを選択するだけで、多様な仕様の電気流体力学ポンプ１を実現することができる。

【0017】

図１の電気流体力学ポンプ１では、上流側から数えて第１のポンプモジュール１０と第３のポンプモジュール１０とはすべての構成要素が同一の形状を有する。しかし、第２のポンプモジュール１０は、第１及び第３のポンプモジュール１０のものと同じ形状を有する第１電極１２、第２電極１３、ケーシング部１４及び固定構造部１５を有するが、第１及び第３のポンプモジュール１０のものとは異なる形状を有する作用部１１（特に作用流路１１１）を有する。より詳しくは、第１及び第３のポンプモジュール１０の作用流路１１１は径が一定の円筒状の流路であるが、第２のポンプモジュール１０の作用流路１１１は、下流側に向かって径が一定の割合で減少する円錐台状の流路である。なお図示する例では、全てのポンプモジュール１０の第１電極１２及び第２電極１３は、同じものであるが、第１電極１２及び第２電極１３のいずれか又は両方の形状が作用流路１１１に対応して異なっていてもよい。

【0018】

作用流路１１１が一定の断面積を有する場合、流路抵抗が小さく、かつ対象流体に均等に電圧を作用させられるので、比較的大きい吐出流量を得ることができる。一方、作用流路１１１の断面積が下流側に向かって減少する場合、作用流路１１１内で対象流体の圧力を増大して吐出圧力をより大きくすることができる。このような作用流路１１１の形状が異なるポンプモジュール１０を組み合わせることによって、所望の吐出特定を有する電気流体力学ポンプ１が得られる。

【0019】

ポンプモジュール１０における差圧を大きくする場合、作用流路１１１の入口の径（円相当径）の出口の径に対する比を５以上２０以下とすることが好ましく、８以上１５以下とすることがより好ましい。作用流路１１１の径の流路長さに対する比としては、例えば１以上１０以下、好ましくは２以上８以下とすることができる。このような範囲内において、作用流路１１１の流路長さ当たりの径の減少率を大きくすることによって、ポンプモジュール１０における差圧を効率よく大きくできる。

【0020】

作用部１１は、ケーシング部１４の内部を区分するよう配設され、ケーシング部１４の上流側の空間と下流側の空間とを連通するよう、作用流路１１１が貫通して形成される。また、作用部１１は、作用流路１１１の両側に、第１電極１２及び第２電極１３をそれぞれ保持する保持構造１１２，１１３を有することが好ましい。本実施形態において、保持構造１１２，１１３は、第１電極１２及び第２電極１３を受け入れ、さらに第１電極１２及び第２電極１３の外周部を押圧する環状の抑え部材１１４，１１５を受け入れる座ぐり状の凹部である。

【0021】

作用部１１は、対象流体が作用流路１１１のみを通過可能とするよう、ケーシング部１４との間に隙間を生じないよう配設されることが好ましい。このため、作用部１１は、ケーシング部１４と一体に、例えば削り出し等の方法で形成されえる。また、多様な形状の作用流路１１１の形成を容易にするために、作用部１１は、独立して形成された後、例えば圧入等の方法でケーシング部１４の内部に固定されてもよい。

【0022】

第１電極１２と第２電極１３との間には、作用流体がマイナスイオン化する場合は、第１電極１２を負とする電圧が印加される。第１電極１２及び第２電極１３は、作用流路１１１の入口及び出口を覆い、対象流体が通過できる開口又は隙間を有する形状を有し、好ましくは対象流体との接触面積が大きいメッシュ状とされる。具体的には、第１電極１２及び第２電極１３は、金属金網、好ましくは比較的強度が大きいステンレス金網によって形成することができる。第１電極１２と第２電極１３とは並行かつ対象流体の流れ方向に略垂直に配置されることが好ましい。

【0023】

第１電極１２及び第２電極１３の開口率としては、１５％以上８０％以下が好ましく、２０％以上６５％以下がより好ましく、２５％以上５０％以下さらに好ましい。これによって、第１電極１２による流路抵抗の増大を抑制しつつ、第１電極１２と対象流体との接触面積を確保して、対象流体に差圧を付与することができる。また、第１電極１２及び第２電極１３は、対象流体を流れやすくするために、部分的に大きい開口又は隙間を有してもよい。具体例として、第１電極１２は、メッシュ状の材料に開口を形成したものであってもよい。なお、第１電極１２と第２電極１３とは開口率等が異なってもよい。

【0024】

第１電極１２及び第２電極１３と接続部材２０との流路方向の隔離距離としては、第１電極１２及び第２電極１３に印加される電圧にもよるが、例えば第１電極１２と第２電極１３との距離の２倍以上、具体的には１０ｍｍ以上とされ得る。

【0025】

ケーシング部１４は、流路方向前後に延び、金属を含み得る接続部材２０と第１電極１２及び第２電極１３との距離を確保することにより、接続部材２０の影響を受けずに第１電極１２及び第２電極１３により作用流路１１１内に理想的な電界を形成することを可能にする。このため、ケーシング部１４は、作用流路１１１の前後に、作用流路１１１と比べて断面積が大きく流路抵抗が小さい流路を画定する。

【0026】

ケーシング部１４は、第１電極１２及び第２電極１３を不図示の電源に接続するための配線部材が貫通する配線孔１４１を有する。配線孔１４１は、対象流体の漏出を防止するために、封止材等を用いて封止されてもよく、配線部材又は作用部１１に封止構造を設けることによって対象流体の漏出が防止されてもよい。

【0027】

固定構造部１５は、作用流路１１１内に形成される電界に影響を与えないよう、絶縁材料から形成されることが好ましい。また、固定構造部１５は、ポンプモジュール１０の長さをできるだけ小さくするために、ケーシング部１４と一体に形成されることが好ましい。これにより、所望の特性を有する電気流体力学ポンプ１を、比較的小型に構成することができる。

【0028】

固定構造部１５は、接続部材２０と共に、管継手、つまり配管を接続するための継手構造と同様の構造を構成することが好ましい。これにより、接続部材２０等のポンプモジュール１０を接続するための部材を安価且つ容易に入手することが可能となり、特別な知識がなくてもポンプモジュール１０を接続できる。

【0029】

具体例として、固定構造部１５は、例えばねじ、フランジ等であってもよいが、ＩＳＯ２８５２に規定される形状を有するヘルールであることが好ましい。固定構造部１５としてヘルールを用いることにより、ポンプモジュール１０の容易且つ確実な接続が可能となる。また、固定構造部１５としてヘルールを用いることにより、固定構造部１５が小型であると共に、接続部材２０の第１電極１２及び第２電極１３側への突出量を小さくできるため、ポンプモジュール１０を小型化することができる。

【0030】

また、固定構造部１５は、電気流体力学ポンプ１の両端において、電気流体力学ポンプ１を対象流体の流路に接続するためにも利用される。また、電気流体力学ポンプ１の固定構造部１５と異なる継手を用いる流路に接続するために、一端に流路に用いられる継手を有し、他端に固定構造部１５と同様の構造を有するアダプタ（不図示）を使用してもよい。このようなアダプタは、ケーシング部１４の口径から流路の口径に変換するレデューサを有するものであってもよい。

【0031】

接続部材２０は、対向して配置される２つの固定構造部１５を保持することにより、隣接する２つのポンプモジュール１０を接続する。接続部材２０としては、固定構造部１５に対応する部材が用いられる。また、接続部材２０は、ポンプモジュール１０間を堅固に接続するために、金属によって形成され得る。例として、固定構造部１５がヘルールである場合、接続部材２０としては、ＩＳＯ２８５２に規定されるヘルール用クランプバンドが用いられる。ヘルール用クランプバンドは、流路方向の幅が小さいため、作用流路１１１内に形成される電界に影響を与えにくい。また、固定構造部１５がネジであれば接続部材２０としてソケット又はユニオンが、固定構造部１５がフランジであれば接続部材２０として複数組のボルトナットが用いられ得る。

【0032】

接続部材２０により接続される２つのポンプモジュール１０の固定構造部１５の間には、ポンプモジュール１０の隙間を封止するガスケット２１が介設され得る。ガスケット２１は、ポンプモジュール１０の隙間を封止する。ガスケット２１も、固定構造部１５に対応する部材が用いられる。また、ガスケット２１は、固定構造部１５及び接続部材２０の構成によっては省略され得る。

【0033】

電気流体力学ポンプ１は、複数のポンプモジュール１０に個別に電圧を印加する駆動回路（不図示）を用いて駆動することができる。各ポンプモジュール１０には、一定の電圧が印加（オンオフ制御）されてもよく、調整可能な電圧が印加（電圧制御）されてもよく、オンオフ比調整可能な高周波電圧が印加（デューティ制御）されてもよい。このように、ポンプモジュール１０ごとに出力を調整することにより、電気流体力学ポンプ１は、所望の吐出流量及び吐出圧力を得ることができ、吐出条件にかかわらずエネルギー効率が高い運転が可能である。

【0034】

以上のように、電気流体力学ポンプ１は、複数のポンプモジュール１０を組み合わせて構成されるので、ポンプモジュール１０の選択により多様な仕様を比較的安価に実現でき、容易に仕様を変更することもできる。また、必要なポンプ出力が仕様変更となった場合でも、ポンプモジュール１０の組み換えが容易であり、ポンプモジュール１０の１つ又は複数を入れ替える、もしくは、ポンプモジュール１０を１つ又は複数追加するだけでポンプ出力を適正出力へ変更可能である。

【0035】

以上、本発明の好ましい各実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。

【符号の説明】

【0036】

１ 電気流体力学ポンプ
１０ ポンプモジュール
１１ 作用部
１１１ 作用流路
１１２，１１３ 保持構造
１１４，１１５ 抑え部材
１２ 第１電極
１３ 第２電極
１４ ケーシング部
１４１ 配線孔
１５ 固定構造部
２０ 接続部材
２１ ガスケット

【図1】