JP3873204B2

JP3873204B2 - Liquid jet generation method by EHD pumping and liquid jet generation apparatus by EHD pumping

Info

Publication number: JP3873204B2
Application number: JP2000314474A
Authority: JP
Inventors: 良一花岡; 新三高田
Original assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Current assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Priority date: 2000-09-06
Filing date: 2000-09-06
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2020-09-06
Also published as: JP2002081400A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、いわゆるＥＨＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ：電気流体力学）ポンピング現象を利用して液体（電気絶縁性液体）を噴出させる方法とその噴出方法で液体ジェットを発生させるための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気絶縁性の気体や液体に高電圧を加えると、それらの流体中における電場と流れ場の相互作用によって、ＥＨＤポンピング現象と言われる流体の流動現象が生ずることが古くから知られている。そしてＥＨＤポンピング現象を応用すれば機械的な可動機構を要することなく液体を流動させることができることから、将来特に液体のＥＨＤポンピング現象が、例えばヒートパイプ、ポンプ、噴水装置、液体循環装置、熱交換システム、あるいは液体ジェット流による動力装置などの種々の実用分野で工業的に幅広く活用できるものと期待されている。
【０００３】
液体中で発生するＥＨＤポンピング現象については未だ不明な点が多いが、既に幾つかの発生メカニズムが報告されている。その最も一般的なメカニズムはイオンドラッグポンピングと言われる流動メカニズムで、高電圧が印加された鋭利な電極の先端から、電界放出、電界電離、コロナ放電などに基づいて液体中に注入されたイオンが、電界によりクーロン力を受け、中性分子とのエネルギー変換によって発生する流動現象である。そして、流速約１ｍ／ｓに達する液体ジェットが鋭利な電極（針状電極または刃型電極）から、これに対向する平板電極に向かって発生することが報告されている。
【０００４】
またＥＨＤポンピング現象の他の発生メカニズムとして、誘導ポンピングと言われる流動メカニズムが知られている。これは誘導電荷と電界との相互作用によって発生する流動現象で、電界で生ずるこの誘導電荷は、液体導電率の不均一性によって生じ、液体導電率の不均一性は、液体の不平等な温度分布あるいは液体の異質性（例えば、分離二層流体）によって生ずる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら液体のＥＨＤポンピング現象を種々の産業分野で活用し実用化する際には、上記のイオンドラッグポンピングや誘導ポンピングの流動メカニズムに基づくＥＨＤポンピング現象を利用しようとすると大きな難点がある。すなわち、イオンドラッグポンピングメカニズムに沿うＥＨＤポンピングによる液体ジェット発生方法では、液体に荷電粒子が注入されることから、液体の電気的特性が次第に劣化して長期の使用に耐えられなくなる難点があり、また誘導ポンピングメカニズムに沿うＥＨＤポンピングによる液体ジェット発生方法は、熱的に絶縁された一定温度の液体に対しては利用できないという根本的な難点がある。
【０００６】
上記の現状に鑑み、この発明は、上記従来のイオンドラッグポンピングや誘導ポンピングの流動メカニズムに拠らず、また液体の分極効果に基づく電歪力に起因するという流動メカニズムとも全く異なる純伝導ポンピング現象、すなわち液体中に存在する電界質成分の解離／再結合反応が高電界の作用によって不平衡化し発生した解離イオンが電極表面付近にヘテロチャージ層を形成することによって電極とこのヘテロチャージ層との間に働く引力が流動をもたらすという流動メカニズムに着目することにより、鋭利な形状の電極を用いず従って絶縁性液体への電荷注入を伴うことなく、熱的に絶縁された一定温度の液体に対してもＥＨＤポンピングによる指向性の高い液体ジェットを発生し得る液体ジェット発生方法と、その方法によってＥＨＤポンピングによる指向性の高い液体ジェットを発生できる液体ジェット発生装置を得ようとするものである。そして長期に亘って絶縁性液体を劣化させず大きなポンピング圧力と高い指向性をもつ液体ジェットを発生させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的に沿うＥＨＤポンピングによる液体ジェットを発生させるために、この発明は、中心軸の方向に液体流通孔を貫通させた環状あるいは筒状でその両端面を滑らかな円弧状に成形した擬似ドーナッツ状電極の一端を平板電極に対し間隙をおいて対向させて電極系とし、その擬似ドーナッツ状電極と平板電極が対向する部分を含む電極系の少なくとも一部を電気絶縁性液体の中に置いて、その擬似ドーナッツ状電極と平板電極の間に直流高電圧を印加することにより、擬似ドーナッツ状電極の液体流通孔を通して擬似ドーナッツ状電極のいずれか一方の端面から上記の電気絶縁性液体を噴出させるようにする。
【０００８】
また上記目的に沿うＥＨＤポンピングによる液体ジェットの指向性を高めるために、この発明は、中心軸の方向に液体流通孔を貫通させた環状あるいは筒状でその両端面を滑らかな円弧状に成形した擬似ドーナッツ状電極の一端を平板電極に対し間隙をおいて対向させると共に、その擬似ドーナッツ状電極の液体流通孔と同軸状に繋がる絞り円錐状液体流通孔を貫通させたノズルを擬似ドーナッツ状電極の他端に結合させて電極系とし、その擬似ドーナッツ状電極と平板電極が対向する部分を含む前記電極系の少なくとも一部を電気絶縁性液体の中に置いて、擬似ドーナッツ状電極と平板電極の間に直流高電圧を印加することにより、前記擬似ドーナッツ状電極の液体流通孔を通してノズルの先端から上記電気絶縁性液体を噴出させるようにする。
【０００９】
ＥＨＤポンピングによる液体ジェットの指向性をさらに高めるために、この発明は、中心軸の方向に液体流通孔を貫通させた環状あるいは筒状でその両端面を滑らかな円弧状に成形した擬似ドーナッツ状電極の一端を平板電極に対し間隙をおいて対向させると共に、その擬似ドーナッツ状電極の液体流通孔と同軸状に繋がる絞り円錐状液体流通孔と前記中心軸方向に対し垂直方向の流れ成分をもつ液流を前記絞り円錐状液体流通孔の根元の大径部へ導入する補助液体通路を形成したスパイラル・ノズルを擬似ドーナッツ状電極の他端に結合させ、その補助液体通路の入口周辺に補助リング電極を配設し、この補助リング電極に対して間隙を介して補助平板電極を対向させて電極系とし、擬似ドーナッツ状電極と平板電極が対向する部分および補助リング電極と補助平板電極が対向する部分を含む電極系の少なくとも一部を電気絶縁性液体の中に置いて、擬似ドーナッツ状電極と平板電極の間ならびに補助リング電極と補助平板電極の間に同時に直流高電圧を印加することにより、擬似ドーナッツ状電極の液体流通孔を通してスパイラル・ノズルの先端から上記電気絶縁性液体を噴出させるようにする。
【００１０】
またＥＨＤポンピングによる液体ジェットの流速とポンピング圧力を高めるために、この発明は前記電気絶縁性液体として、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートやドデカン二酸−ｎブチルを用いる。
【００１１】
この発明では前記の目的に沿うＥＨＤポンピングによる液体ジェットを発生させる装置として、中心軸の方向に液体流通孔が貫通した環状あるいは筒状でその両端面が滑らかな円弧状に成形された擬似ドーナッツ状電極と、この擬似ドーナッツ状電極の一端に間隙をおいて対向した平板電極をもって基本的な＋電極系を形成し、少なくともその擬似ドーナッツ電極と平面電極の対向部分が電気絶縁性液体中に保持されるものとし、その擬似ドーナッツ状電極と平板電極の間に直流高電圧が印加される構成をとる。
【００１２】
またこの発明のＥＨＤポンピングによる液体ジェット発生装置は、液体ジェットの指向性を高めるために、中心軸の方向に液体流通孔が貫通した環状あるいは筒状でその両端面が滑らかな円弧状に成形された擬似ドーナッツ状電極と、この擬似ドーナッツ状電極の一端に間隙をおいて対向する平板電極と、その擬似ドーナッツ状電極の液体流通孔と同軸状に繋がる絞り円錐状液体流通孔が形成されて擬似ドーナッツ状電極の他端に結合するノズルをもって電極系を形成し、少なくともその擬似ドーナッツ状電極と平板電極の対向部分が電気絶縁性液体中に保持されるものとし、その擬似ドーナッツ状電極と平板電極の間に直流高電圧が印加される構成をとる。
【００１３】
さらにこの発明のＥＨＰポンピングによる液体ジェット発生装置は、液体ジェットの指向性を一層高めるために、中心軸の方向に液体流通孔が貫通した環状あるいは筒状でその両端面が滑らかな円弧状に成形された擬似ドーナッツ状電極と、この擬似ドーナッツ状電極の一端に間隙をおいて対向した平板電極と、この擬似ドーナッツ状電極の液体流通孔と同軌状に繋がる絞り円錐状液体流通孔が形成されると共に前記中心軸方向に対し垂直方向の流れ成分をもつ液流を絞り円錐状液体流通孔の根元大径部へ導入する補助液体通路が形成されて擬似ドーナッツ状電極の他端に結合したスパイラル・ノズルと、上記補助液体通路の入口周辺に配設された補助リング電極と、この補助リング電極に間隙を介して対向した補助平板電極をもって電極系を形成し、少なくとも上記の擬似ドーナッツ状電極と平板電極の対向部分および上記の補助リング電極と補助平板電極の対向部分が電気絶縁性液体中に保持されるものとし、擬似ドーナッツ状電極と平板電極の間ならびに補助リング電極と補助平板電極の間に同時に直流高電圧が印加される構成をとる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明の基本的な実施形態の一つは、中心軸の方向に液体流通孔を貫通させた環状あるいは筒状でその両端面を滑らかな円弧状に成形した擬似ドーナッツ状電極の一端を平板電極に対し間隙をおいて対向させて電極系とし、その擬似ドーナッツ状電極と平板電極が対向する部分を含む電極系の少なくとも一部を電気絶縁性液体の中に置いて、その擬似ドーナッツ状電極と平板電極の間に直流高電圧を印加することにより、擬似ドーナッツ状電極の液体流通孔を通して擬似ドーナッツ状電極のいずれか一方の端面から前記電気絶縁性液体を噴出させるＥＨＤポンピングによる液体ジェットの発生方法である。そしてこの原理は、液体中の解離イオンが電極表面付近に電極極性と異極性の非平衡層（ヘテロチャージ層）を形成することによる圧力の発生に起因した純伝導ポンピングに基づいている。
【００１５】
またこの発明の他の基本的な実施形態は、中心軸の方向に液体流通孔が貫通した環状あるいは筒状でその両端面が滑らかな円弧状に成形された擬似ドーナッツ状電極と、この擬似ドーナッツ状電極の一端に間隙をおいて対向した平板電極を有し、少なくともその擬似ドーナッツ電極と平面電極の対向部分が電気絶縁性液体中に保持されてその擬似ドーナッツ状電極と平板電極の間に直流高電圧が印加される電極系を備えたＥＨＤポンピングによる液体ジェットの発生装置である。
【００１６】
【実施例】
以下この発明の実施例を図面を参考に説明する。図１は、この発明の一実施例を示すＥＨＤポンピングによる液体ジェット発生装置の基本構成を示すものである。図１において、１は擬似ドーナッツ状電極（高電圧電極）、２は平板電極（接地電極）である。擬似ドーナッツ状電極１は、中心軸Ｚ方向に液体流通孔１ａを貫通させた環状あるいは円筒状でその両端面は滑らかな円弧Ｒに成形された形状であり、電界放出、電界電離、コロナ放電などが生ずるような鋭利な突部が存しないよう全表面が滑らかに成形されている。すなわち擬似ドーナッツ状電極１は、断面が円形のドーナッツ形状を中心軸Ｚ方向に若干引き伸ばしたような形状である。そして擬似ドーナッツ状電極１の一端を平板電極２に対し間隙ｄをおいて対向させて電極系１０とし、この電極系１０を電気絶縁性液体３の中へ沈めて置き、直流高電圧電源４から擬似ドーナッツ状電極１と平板電極２の間に直流高電圧を印加することにより、すなわち平板電極２の電位に対し正または負の直流高電圧を擬似ドーナッツ状電極１に印加することにより、ＥＨＤポンピング現象によって擬似ドーナッツ状電極１の液体流通孔１ａを通して擬似ドーナッツ状電極１のいずれか一方の端面から電気絶縁性液体３の液体ジェットが発生し、その液体ジェットは電気絶縁性液体３の液面を破って高く（長く）噴出する。矢印Ａは電気絶縁性液体３のジェット方向を示しているが、この方向は、電気絶縁性液体３の種類や擬似ドーナッツ状電極１に印加される直流高電圧の極性によって反転し得る。
【００１７】
なお、実験で用いた図１に示す電極系１０の寸法は、擬似ドーナッツ状電極１の長さＢが１０ｍｍ，円弧Ｒの半径が２．５ｍｍ、液体流通孔１ａの直径Ｃが３ｍｍ、間隙ｄが２ｍｍである。
【００１８】
また図１に示す実施例では、電極系１０の全体を電気絶縁性液体３の中へ沈めているが、擬似ドーナッツ状電極１の一部を電気絶縁性液体３の中へ沈め、擬似ドーナッツ状電極１の噴出側を電気絶縁性液体３の液面から持ち上げて作動させることも、できる。その場合、少なくとも擬似ドーナッツ状電極１と平板電極２が対向する部分を含む前記電極系の一部を電気絶縁性液体３の中に置くことになる。
【００１９】
図２は、この発明の他の実施例を示すＥＨＤポンピングによる液体ジェット発生装置の構成を示すもので、液体ジェットの指向性を高めるものである。図２において、擬似ドーナッツ状電極１、流体流通孔１ａ，平板電極２、電気絶縁性流体（図示せず）、直流高電圧電源（図示せず）、間隙ｄとそれらの相互の関係は図１に示したところと同じである。２５はポリエチレン製のノズルで、円柱素材の内部を円錐形にくり抜いて、液体の流れ方向に先細りの絞り円錐状液体流通孔２５ａを貫通させている。絞り円錐状液体流通孔２５ａは、中心軸Ｚを共有して擬似ドーナッツ状電極１の液体流通孔１ａと同軸状に繋がり、擬似ドーナッツ状電極１の他端（平板電極２と対向しない端面）結合されている。そして、擬似ドーナッツ状電極１と平板電極２とノズル２５によって電極系１０が構成されており、少なくとも擬似ドーナッツ状電極１と平板電極２が対向する部分を含めて電極系１０を電気絶縁性流体の中に入れ、擬似ドーナッツ状電極１と平板電極２の間に直流高電圧を印加することにより、擬似ドーナッツ状電極１の液体流通孔１ａを通してノズル２５の先端から電気絶縁性液体を噴出させるものである。図２に示す液体ジェット発生方法および装置によれば、絞り円錐状液体流通孔２５ａを有するノズル２５を擬似ドーナッツ状電極１に付加することにより、液体ジェットの指向性が高まり液体ジェットの到達長を伸ばすことができる。なお、実験で用いた図２に示すノズル２５の寸法は、長さＥ，Ｆがそれぞれ２３ｍｍ，１６ｍｍ、絞り円錐状液体流通孔２５ａの吐出口直径Ｇが２ｍｍである。
【００２０】
図３は、この発明のさらに他の実施例を示すＥＨＤポンピングによる液体ジェット発生装置の構成を示すもので、液体ジェットの指向性、収斂性を一層高めるために、図２に示したノズルをさらに改良してスパイラル・ノズルにしたものである。図３において、擬似ドーナッツ状電極１、流体流通孔１ａ，平板電極２、電気絶縁性流体（図示せず）、間隙ｄとそれらの相互の関係は図１や図２に示したところと同じである。３５はポリエチレン製のスパイラル・ノズルで、図２のノズル２５と同様に、スパイラル・ノズル３５は、液体の流れ方向に先細りの絞り円錐状液体流通孔３５ａを有し、絞り円錐状液体流通孔３５ａは、擬似ドーナッツ状電極１の液体流通孔１ａと同軸状に繋がり、擬似ドーナッツ状電極１の他端（平板電極２と対向しない端面）結合される。
【００２１】
スパイラル・ノズル３５には、絞り円錐状液体流通孔３５ａに加えて、中心軸Ｚ方向に対し垂直方向の流れ成分をもつ液流を絞り円錐状液体流通孔３５ａの根元の大径部３５ｂへ導入する補助液体通路３６を形成し、この補助液体通路３６の入口周辺に小さな径の補助リング電極３７を配設し、この補助リング電極３７に対し間隙ｓを介して補助平板電極（接地電極）３８を対向させたものである。そして擬似ドーナッツ状電極１、平板電極２、スパイラル・ノズル３５、補助リング電極３７、補助平板電極３８によって電極系１０が構成されており、少なくとも擬似ドーナッツ状電極１と平板電極２の対向部分および補助リング電極３７と補助平板電極３８の対向部分を含めて電極系１０を電気絶縁性流体の中に入れて保持し、直流高電圧電源（図示せず）から、擬似ドーナッツ状電極１と平板電極２の間ならびに補助リング電極３７と補助平板電極３８の間に直流高電圧を印加することにより、擬似ドーナッツ状電極１の液体流通孔１ａを通してスパイラル・ノズル３５の先端から電気絶縁性液体を噴出させるものである。
【００２２】
また、スパイラル・ノズル３５の絞り用錐状液体流通孔３５ａの根元の大径部の内周壁の内側に短い円筒状案内体３９を配設して、円筒状案内体３９と絞り円錐状液体流通孔３５ａの根元大径部３５ｂの内周壁の間に誘導溝（円環状スリット）４０を形成すると共に、スパイラル・ノズル３５の外周面から液体誘導溝４０に通ずる小孔４１を設け、この誘導溝４０と小孔４１によって補助液体通路３６が形成されている。
【００２３】
擬似ドーナッツ状電極１と平板電極２の間ならびに補助リング電極３７と補助平板電極３８の間に直流高電圧を印加すると、擬似ドーナッツ状電極１と平板電極２の間の間隙でＥＨＤ流動が生じ、これに起因して電気絶縁性液体の液体ジェットが生成され、その液体ジェットがスパイラル・ノズル３５の先端から噴出するが、同時に補助リング電極３７と補助平板電極３８の間の間隙でもＥＨＤ流動が生じ、これに起因する液流が小孔４１と誘導溝４０を通ってスパイラル・ノズル３５の絞り円錐状液体流通孔３５ａに噴出する。そして誘導溝４０から噴出する液流は絞り円錐状液体流通孔３５ａの中心軸Ｚの方に向かう放射方向の流れ成分を有することから、絞り円錐状液体流通孔３５ａ内の液体ジェットの主流に放射方向の速度ベクトルを与えることになる。この結果液体ジェットは中心軸Ｚに収斂し指向性が高まり、液体ジェットの到達長を伸ばすことができる。なお、実験で用いた図３に示すスパイラル・ノズル３５の寸法は、小孔４１の直径Ｍが１ｍｍ、補助リング電極３７の径Ｎが５ｍｍ、補助平板電極３８の長さＨが２０ｍｍ、補助リング電極３７と補助平板電極３８の間の間隙ｓが２ｍｍである。
【００２４】
ＥＨＤポンピングによる液体ジェットの発生に用いる電気絶縁性液体は種々考えられるが、この発明の過程で、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート（以下、「ＢＣＲＡ」と略す）、ドデカン二酸−ｎブチル（以下、「ＤＢＤＮ」と略す）、変圧器油（ＪＩＳ−Ｃ２３２０）（以下「Ｔｒ−Ｏｉｌと略す）、フッ素変成シリコーン油（以下、「ＦＳ−Ｏｉｌ」と略す）の４種類の電気絶縁性液体を用いて実験・思考し、それらの特性と実用上の優劣を見きわめた。図１に示した電極系を上記の４種類の電気絶縁性液体中に設置して、正または負の直流高電圧を印加した場合に生ずる液体ジェットは、液体の種類と印加電圧の極性によってそれぞれ異なる特性を示す。なお、上記電気絶縁性液体の性質に係わる物理的定数は図４に示す通りである。
【００２５】
図５は、流速Ｕと印加電圧Ｖの関係を示している。これらの速度は、擬似ドーナッツ状電極１の上部先端から電極系１０の中心軸Ｚ上１ｍｍの点で測定されたものである。また、ＢＣＲＡとＴｒ−Ｏｉｌの流れは印加電圧の極性に関わらず常に平板電極２側から擬似ドーナッツ状電極１の液体流通孔５ａを通って上方へ噴射し、ＤＢＤＮとＦＳ−Ｏｉｌの流れは印加電圧の極性によって変化することが確認された。図５から明らかなように、ＢＣＲＡやＤＢＤＮは所与の印加電圧に対し大きな流速を示し、特にＢＣＲＡが大きな流速を示す。このことからＥＨＤポンピングによる液体ジェットを活用する場合、電気絶縁性液体としてＢＣＲＡやＤＢＤＮを用いることが有用である。
【００２６】
図６は、ポンピング圧力Ｐと印加電圧Ｖの関係を示している。図６から明らかなように、ＢＣＲＡとＤＢＤＮは所与の印加電圧に対し大きなポンピング圧力を発生し、ポンピング圧力Ｐは印加電圧Ｖのほぼ２乗に比例して変化している。したがってこの特性からも、ＥＨＤポンピングによる液体ジェットを活用する場合、電気絶縁性液体としてＢＣＲＡやＤＢＤＮを用いることが有用である。
【００２７】
ノズルを設けない図１に示すような電極系の場合、擬似ドーナッツ状電極１の液体流通孔１ａ通過して上方向に噴出する液体ジェットは、擬似ドーナッツ状電極１の先端から離れるに従って乱流的成分が含まれて直線的な流れを維持できなくなる。そこでより高い収斂性と指向性をもつ液体ジェットを得るために図２に示したノズル２５や、図３に示したスパイラル・ノズル３５を擬似ドーナッツ状電極１に付加した電極系１０を用いたが、図７ならびに図８には、これらノズル２５やスパイラル・ノズル３５を付加した効果が顕著に現れている。
【００２８】
すなわち図７は、電極系１０の中心軸Ｚに沿って、ノズルの先端から上方２５ｍｍまでの間で測定された速度分布を示し、最大速度を１．０に規格化して示したものである。図８は、ノズルの先端から上方２０ｍｍの位置で放射方向に測定された速度分布を示している。そして図７、図８のいずれにおいても、ノズルをもたない電極系（図１に示した電極系）と普通のノズルをもった電極系（図２に示した電極系）とスパイラル・ノズルをもった電極系（図３に示した電極系）を対比したものである。
【００２９】
図７に示されるように、測定点が電極系から離れるにつれ電極系の違いによる差が大きく現れている。すなわち、スパイラル・ノズルをもつ電極系は、その先端から離れた点においても速度の減衰率が小さく、他の電極系の場合に比べて液体ジェットの指向性が最も良い。また、スパイラル・ノズルをもつ電極系の液体ジェットは、他の電極系に比べて最も収斂性の良いことが図８に現れている。
【００３０】
【発明の効果】
上記実施例からも明らかなように、この発明によれば、擬似ドーナッツ状電極と平板電極を対向させた電極系に正または負の直流高電圧を印加することによって、一定温度の電気絶縁性液体中で指向性の高い液体ジェットを発生させることができ、また電極から電気絶縁性液体への電荷注入を伴わないので使用する電気絶縁性液体の劣化が抑制され実用上きわめて有効である。
【００３１】
その上に擬似ドーナッツ状電極にノズル、とりわけスパイラル・ノズルを付加結合して電極系を構成することにより、液体ジェットの収斂性と指向性を更に高めることができる。そしてまた、電気絶縁性液体としてＢＣＲＡあるいはＤＢＤＮを用いることにより、液体ジェットの特性として良好な結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示すＥＨＤポンピングによる液体ジェット発生装置の基本構成図。
【図２】この発明の他の実施例を示すＥＨＤポンピングによる液体ジェット発生装置の構成図。
【図３】この発明の別の実施例を示すＥＨＤポンピングによる液体ジェット発生装置の構成図。
【図４】この発明のＥＨＤによる液体ジェット発生方法および装置で用いた電気絶縁性液体の物理的定数を示した特性説明図。
【図５】この発明の実験結果に基づく印加電圧と液体ジェット流速の関係図。
【図６】この発明の実験結果に基づく印加電圧とポンピング圧力の関係図。
【図７】この発明の実験結果に基づく流体ジェットの軸方向速度の特性図。
【図８】この発明の実験結果に基づく流体ジェットの放射方向速度の特性図。
【符号の説明】
１：擬似ドーナッツ状電極
１ａ：液体流通孔
２：平板電極
３：電気絶縁性液体
４：直流高電圧電源
１０：電極系
２５：ノズル
２５ａ：絞り円錐状液体流通孔
３５：スパイラル・ノズル
３５ａ：絞り円錐状液体流通孔
３５ｂ：根元大径部
３６：補助液体通路
３７：補助リング電極
３８：補助平板電極
３９：円筒状案内体
４０：誘導溝（円環スリット）
４１：小孔
ｄ：間隙
Ｒ：円弧
ｓ：間隙
Ｚ：中心軸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for ejecting a liquid (electrically insulating liquid) using a so-called EHD (Electrohydrodynamic) pumping phenomenon and an apparatus for generating a liquid jet by the ejection method.
[0002]
[Prior art]
It has long been known that when a high voltage is applied to an electrically insulating gas or liquid, a fluid flow phenomenon called an EHD pumping phenomenon occurs due to the interaction between the electric field and the flow field in the fluid. And if the EHD pumping phenomenon is applied, the liquid can flow without requiring a mechanical moving mechanism. Therefore, in the future, especially the EHD pumping phenomenon of the liquid will be, for example, a heat pipe, a pump, a fountain device, a liquid circulation device, a heat exchange It is expected to be industrially widely applicable in various practical fields such as a system or a power device using a liquid jet flow.
[0003]
Although there are still many unclear points regarding the EHD pumping phenomenon that occurs in liquids, several generation mechanisms have already been reported. The most common mechanism is a flow mechanism called ion drag pumping. From the tip of a sharp electrode to which a high voltage is applied, ions injected into the liquid based on field emission, field ionization, corona discharge, etc. This is a flow phenomenon that occurs due to energy conversion with neutral molecules under the Coulomb force by an electric field. Then, it has been reported that a liquid jet reaching a flow velocity of about 1 m / s is generated from a sharp electrode (needle electrode or blade electrode) toward a flat plate electrode facing this.
[0004]
As another generation mechanism of the EHD pumping phenomenon, a flow mechanism called induction pumping is known. This is a flow phenomenon caused by the interaction between the induced charge and the electric field. This induced charge generated by the electric field is caused by the non-uniformity of the liquid conductivity, and the non-uniformity of the liquid conductivity is caused by the unequal temperature of the liquid. Caused by distribution or liquid heterogeneity (eg, separated two-layer fluid).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the liquid EHD pumping phenomenon is utilized and put into practical use in various industrial fields, there is a great difficulty in using the EHD pumping phenomenon based on the flow mechanism of the above-mentioned ion drag pumping or induction pumping. That is, in the liquid jet generation method by EHD pumping along the ion drag pumping mechanism, since charged particles are injected into the liquid, there is a problem that the electrical characteristics of the liquid gradually deteriorate and cannot withstand long-term use. The liquid jet generation method by EHD pumping along the inductive pumping mechanism has a fundamental difficulty that it cannot be used for thermally insulated constant temperature liquid.
[0006]
In view of the above situation, the present invention is not based on the flow mechanism of the conventional ion drag pumping and induction pumping, and is also completely different from the flow mechanism of electrostrictive force based on the polarization effect of the liquid. In other words, the dissociation / recombination reaction of the electrolyte component present in the liquid is unbalanced by the action of the high electric field, and the generated dissociated ions form a heterocharge layer near the electrode surface, so that the electrode and the heterocharge layer By focusing on the flow mechanism in which the attractive force acting in between brings about the flow, it does not use a sharply shaped electrode and therefore does not involve charge injection into the insulating liquid, and against a thermally insulated constant temperature liquid Even a liquid jet generation method capable of generating a highly directional liquid jet by EHD pumping, and the method It is intended to obtain a liquid jet generating apparatus capable of generating a highly directional liquid jets according to HD pumping. An object is to generate a liquid jet having a large pumping pressure and high directivity without deteriorating the insulating liquid over a long period of time.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to generate a liquid jet by EHD pumping that meets the above-mentioned purpose, the present invention provides a pseudo donut shape in which both end faces are formed into a smooth arc shape with an annular or cylindrical shape penetrating a liquid circulation hole in the direction of the central axis. One end of the electrode is opposed to the flat plate electrode with a gap therebetween to form an electrode system, and at least a part of the electrode system including the portion where the pseudo donut-like electrode and the flat plate electrode face each other is placed in the electrically insulating liquid, By applying a DC high voltage between the pseudo donut-like electrode and the flat plate electrode, the above-mentioned electrically insulating liquid is ejected from one end face of the pseudo donut-like electrode through the liquid flow hole of the pseudo donut-like electrode. To.
[0008]
In addition, in order to improve the directivity of the liquid jet by EHD pumping that meets the above-mentioned purpose, the present invention is formed in an annular shape or a cylindrical shape with a liquid flow hole penetrating in the direction of the central axis, and both end surfaces thereof are formed into smooth arc shapes. One end of the pseudo donut-like electrode is opposed to the flat plate electrode with a gap, and a nozzle that penetrates the conical conical liquid circulation hole connected coaxially with the liquid circulation hole of the pseudo donut-like electrode is connected to the pseudo donut-like electrode. An electrode system is formed by coupling to the other end, and at least a part of the electrode system including a portion where the pseudo donut-like electrode and the flat plate electrode face each other is placed in an electrically insulating liquid, and the pseudo donut-like electrode and the flat plate electrode By applying a direct current high voltage in between, the electrically insulating liquid is ejected from the tip of the nozzle through the liquid circulation hole of the pseudo donut-shaped electrode. That.
[0009]
In order to further enhance the directivity of the liquid jet by EHD pumping, the present invention provides a pseudo-doughnut-shaped electrode in which the liquid flow hole is penetrated in the direction of the central axis and is formed into a smooth arc shape at both ends thereof A liquid having a conical conical liquid flow hole that is concentrically connected to the liquid flow hole of the pseudo-doughnut-like electrode and a flow component perpendicular to the central axis direction. A spiral nozzle having an auxiliary liquid passage for introducing a flow into the large diameter portion at the base of the conical conical liquid circulation hole is coupled to the other end of the pseudo donut-like electrode, and an auxiliary ring electrode is provided around the inlet of the auxiliary liquid passage. The auxiliary plate electrode is opposed to the auxiliary ring electrode through a gap to form an electrode system, and the portion where the pseudo donut-like electrode and the flat plate electrode are opposed to each other, and Place at least a part of the electrode system including the part where the auxiliary ring electrode and the auxiliary plate electrode face each other in the electrically insulating liquid, and between the pseudo donut-like electrode and the plate electrode and between the auxiliary ring electrode and the auxiliary plate electrode. At the same time, by applying a high DC voltage, the electrically insulating liquid is ejected from the tip of the spiral nozzle through the liquid flow hole of the pseudo donut-shaped electrode.
[0010]
In order to increase the flow velocity and pumping pressure of the liquid jet by EHD pumping, the present invention uses diethylene glycol monobutyl ether acetate or dodecanedioic acid-nbutyl as the electrically insulating liquid.
[0011]
In the present invention, as a device for generating a liquid jet by EHD pumping that meets the above-mentioned purpose, a pseudo donut shape in which the liquid circulation hole penetrates in the direction of the central axis or a cylindrical shape, and both end surfaces thereof are formed into a smooth arc shape. A basic + electrode system is formed by an electrode and a flat plate electrode opposed to one end of the pseudo-doughnut-like electrode with a gap therebetween, and at least the facing part of the pseudo-doughnut electrode and the planar electrode is held in the electrically insulating liquid. It is assumed that a DC high voltage is applied between the pseudo donut-like electrode and the flat plate electrode.
[0012]
In addition, the liquid jet generator by EHD pumping of the present invention is formed in an annular or cylindrical shape in which the liquid flow hole penetrates in the direction of the central axis, and both end surfaces thereof are formed into a smooth arc shape in order to improve the directivity of the liquid jet. The pseudo-doughnut-shaped electrode, the flat plate electrode facing one end of the pseudo-doughnut-shaped electrode with a gap, and the conical liquid flow hole that is concentrically connected to the liquid flow hole of the pseudo-doughnut-shaped electrode are formed to simulate An electrode system is formed with a nozzle coupled to the other end of the doughnut-shaped electrode, and at least the opposing portion of the pseudo-doughnut-shaped electrode and the plate electrode is held in the electrically insulating liquid. The high DC voltage is applied between the two.
[0013]
Furthermore, in order to further enhance the directivity of the liquid jet, the liquid jet generator by EHP pumping according to the present invention is formed into an annular shape or a cylindrical shape in which the liquid flow hole penetrates in the direction of the central axis, and both end surfaces thereof are formed into a smooth arc shape. The pseudo-doughnut-shaped electrode, the flat plate electrode opposed to one end of the pseudo-doughnut-shaped electrode with a gap therebetween, and the conical liquid flow hole that is connected to the liquid flow hole of the pseudo-doughnut-shaped electrode are formed. And an auxiliary liquid passage for introducing a liquid flow having a flow component perpendicular to the direction of the central axis into the root large-diameter portion of the conical liquid circulation hole is formed and coupled to the other end of the pseudo-doughnut-shaped electrode An electrode system having a nozzle, an auxiliary ring electrode disposed around the inlet of the auxiliary liquid passage, and an auxiliary plate electrode opposed to the auxiliary ring electrode with a gap And at least the opposing portion of the pseudo donut-like electrode and the flat plate electrode and the opposing portion of the auxiliary ring electrode and the auxiliary flat plate electrode are held in the electrically insulating liquid. A high DC voltage is simultaneously applied between the auxiliary ring electrode and the auxiliary flat plate electrode.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
One of the basic embodiments of the present invention is that one end of a pseudo-doughnut-like electrode having a circular or cylindrical shape with a liquid circulation hole penetrating in the direction of the central axis and having both end surfaces formed into a smooth arc shape is a flat plate electrode. The electrode system is made to be opposed to each other with a gap, and at least a part of the electrode system including a portion where the pseudo donut-like electrode and the flat plate electrode face each other is placed in an electrically insulating liquid, A method of generating a liquid jet by EHD pumping in which the electrically insulating liquid is ejected from one end face of a pseudo donut-like electrode through a liquid flow hole of the pseudo donut-like electrode by applying a DC high voltage between the flat plate electrodes It is. This principle is based on pure conduction pumping caused by the generation of pressure due to the dissociated ions in the liquid forming a non-equilibrium layer (heterocharge layer) having a polarity different from that of the electrode in the vicinity of the electrode surface.
[0015]
In addition, another basic embodiment of the present invention includes a pseudo donut-like electrode having a circular or cylindrical shape with a liquid flow hole penetrating in the direction of the central axis, and a smooth arc shape at both ends thereof, and the pseudo donut A flat plate electrode opposed to one end of the electrode with a gap, and at least the facing portion of the pseudo donut electrode and the flat electrode is held in an electrically insulating liquid, and a direct current is provided between the pseudo donut electrode and the flat plate electrode. This is an apparatus for generating a liquid jet by EHD pumping equipped with an electrode system to which a high voltage is applied.
[0016]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the basic configuration of a liquid jet generator using EHD pumping according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a pseudo donut-shaped electrode (high voltage electrode), and 2 is a flat plate electrode (ground electrode). The pseudo donut-like electrode 1 has an annular shape or a cylindrical shape that penetrates the liquid circulation hole 1a in the central axis Z direction, and its both end surfaces are shaped into a smooth arc R, such as field emission, field ionization, and corona discharge. The entire surface is smoothly molded so that there is no sharp protrusion that causes That is, the pseudo donut-like electrode 1 has a shape in which a donut shape having a circular cross section is slightly extended in the central axis Z direction. Then, one end of the pseudo-doughnut-shaped electrode 1 is opposed to the flat plate electrode 2 with a gap d to form an electrode system 10, and the electrode system 10 is submerged in the electrically insulating liquid 3. By applying a DC high voltage between the pseudo-doughnut-like electrode 1 and the plate electrode 2, that is, by applying a positive or negative DC high voltage to the pseudo-doughnut-like electrode 1 with respect to the potential of the plate electrode 2, EHD pumping Due to the phenomenon, a liquid jet of the electrically insulating liquid 3 is generated from one end face of the pseudo donut-like electrode 1 through the liquid circulation hole 1a of the pseudo-donut-like electrode 1, and the liquid jet moves the liquid surface of the electrically insulating liquid 3. Break and squirt high (long). The arrow A indicates the jet direction of the electrically insulating liquid 3, but this direction can be reversed depending on the type of the electrically insulating liquid 3 and the polarity of the DC high voltage applied to the pseudo-doughnut-like electrode 1.
[0017]
The dimensions of the electrode system 10 shown in FIG. 1 used in the experiment are as follows: the length B of the pseudo-doughnut-like electrode 1 is 10 mm, the radius of the arc R is 2.5 mm, the diameter C of the liquid circulation hole 1a is 3 mm, and the gap d. Is 2 mm.
[0018]
In the embodiment shown in FIG. 1, the entire electrode system 10 is submerged in the electrically insulating liquid 3, but a portion of the pseudo donut-like electrode 1 is submerged in the electrically insulating liquid 3 to form a pseudo donut-like shape. The ejection side of the electrode 1 can be lifted from the liquid surface of the electrically insulating liquid 3 and operated. In that case, a part of the electrode system including at least a portion where the pseudo donut-like electrode 1 and the flat plate electrode 2 face each other is placed in the electrically insulating liquid 3.
[0019]
FIG. 2 shows the configuration of a liquid jet generating apparatus using EHD pumping according to another embodiment of the present invention, which improves the directivity of the liquid jet. In FIG. 2, the pseudo-doughnut-shaped electrode 1, the fluid flow hole 1a, the flat plate electrode 2, the electrically insulating fluid (not shown), the direct current high voltage power source (not shown), the gap d and their mutual relationship are shown in FIG. It is the same as shown in. A polyethylene nozzle 25 cuts out the inside of the cylindrical material into a conical shape and penetrates a conical constricted liquid circulation hole 25a that is tapered in the liquid flow direction. The conical constricted liquid circulation hole 25a is connected to the liquid circulation hole 1a of the pseudo-doughnut-like electrode 1 in a coaxial manner by sharing the central axis Z, and is coupled to the other end of the pseudo-doughnut-like electrode 1 (an end face not facing the flat plate electrode 2). Has been. The pseudo donut-like electrode 1, the flat plate electrode 2, and the nozzle 25 constitute an electrode system 10. The electrode system 10 including at least a portion where the pseudo donut-like electrode 1 and the flat plate electrode 2 face each other is made of an electrically insulating fluid. An electrically insulating liquid is ejected from the tip of the nozzle 25 through the liquid flow hole 1a of the pseudo donut-like electrode 1 by applying a DC high voltage between the pseudo donut-like electrode 1 and the plate electrode 2 is there. According to the method and apparatus for generating a liquid jet shown in FIG. 2, by adding the nozzle 25 having the conical liquid flow hole 25a to the pseudo-doughnut-shaped electrode 1, the directivity of the liquid jet is increased and the reach of the liquid jet is increased. Can be stretched. The dimensions of the nozzle 25 shown in FIG. 2 used in the experiment are lengths E and F of 23 mm and 16 mm, respectively, and the discharge port diameter G of the conical conical liquid circulation hole 25a is 2 mm.
[0020]
FIG. 3 shows a configuration of a liquid jet generating apparatus by EHD pumping showing still another embodiment of the present invention. In order to further improve the directivity and convergence of the liquid jet, the nozzle shown in FIG. It is an improved spiral nozzle. In FIG. 3, the pseudo-doughnut-shaped electrode 1, the fluid circulation hole 1a, the flat plate electrode 2, the electrically insulating fluid (not shown), the gap d, and their mutual relationship are the same as those shown in FIGS. is there. 35 is a spiral nozzle made of polyethylene, and similarly to the nozzle 25 of FIG. 2, the spiral nozzle 35 has a narrowed conical liquid circulation hole 35a tapered in the liquid flow direction, and the narrowed conical liquid circulation hole 35a. Are connected coaxially with the liquid circulation hole 1a of the pseudo-doughnut-like electrode 1 and coupled to the other end (end surface not opposed to the plate electrode 2) of the pseudo-doughnut-like electrode 1.
[0021]
In addition to the constricted conical liquid circulation hole 35a, the spiral nozzle 35 introduces a liquid flow having a flow component perpendicular to the central axis Z direction into the large-diameter portion 35b at the root of the conical conical liquid circulation hole 35a. The auxiliary liquid passage 36 is formed, and an auxiliary ring electrode 37 having a small diameter is disposed around the inlet of the auxiliary liquid passage 36, and an auxiliary plate electrode (ground electrode) 38 is provided to the auxiliary ring electrode 37 through a gap s. Are opposed to each other. The pseudo donut-like electrode 1, the plate electrode 2, the spiral nozzle 35, the auxiliary ring electrode 37, and the auxiliary plate electrode 38 constitute an electrode system 10, and at least the opposing portion of the pseudo donut-like electrode 1 and the plate electrode 2 and the auxiliary electrode. The electrode system 10 including the opposing portion of the ring electrode 37 and the auxiliary plate electrode 38 is held in an electrically insulating fluid, and the pseudo donut-like electrode 1 and the plate electrode 2 are supplied from a DC high voltage power source (not shown). The electric insulating liquid is ejected from the tip of the spiral nozzle 35 through the liquid flow hole 1a of the pseudo donut-like electrode 1 by applying a DC high voltage between the auxiliary ring electrode 37 and the auxiliary flat plate electrode 38. It is.
[0022]
In addition, a short cylindrical guide body 39 is disposed inside the inner peripheral wall of the large-diameter portion at the base of the conical liquid flow hole 35a for constriction of the spiral nozzle 35 so that the cylindrical guide body 39 and the conical liquid flow through the constriction cone. A guide groove (annular slit) 40 is formed between the inner peripheral walls of the base large-diameter portion 35b of the hole 35a, and a small hole 41 is provided from the outer peripheral surface of the spiral nozzle 35 to the liquid guide groove 40. An auxiliary liquid passage 36 is formed by 40 and the small hole 41.
[0023]
When a high DC voltage is applied between the pseudo donut-like electrode 1 and the flat plate electrode 2 and between the auxiliary ring electrode 37 and the auxiliary flat plate electrode 38, an EHD flow occurs in the gap between the pseudo donut-like electrode 1 and the flat plate electrode 2, As a result, a liquid jet of an electrically insulating liquid is generated, and the liquid jet is ejected from the tip of the spiral nozzle 35. At the same time, an EHD flow also occurs in the gap between the auxiliary ring electrode 37 and the auxiliary plate electrode 38. Then, the liquid flow resulting therefrom is ejected through the small hole 41 and the guide groove 40 to the conical liquid flow hole 35a of the spiral nozzle 35. Since the liquid flow ejected from the guide groove 40 has a flow component in the radial direction toward the central axis Z of the conical conical liquid circulation hole 35a, it radiates to the main flow of the liquid jet in the conical conical liquid circulation hole 35a. Will give a velocity vector in the direction. As a result, the liquid jet converges on the central axis Z and the directivity increases, and the reach of the liquid jet can be extended. The dimensions of the spiral nozzle 35 shown in FIG. 3 used in the experiment are as follows: the diameter M of the small hole 41 is 1 mm, the diameter N of the auxiliary ring electrode 37 is 5 mm, the length H of the auxiliary plate electrode 38 is 20 mm, and the auxiliary ring. The gap s between the electrode 37 and the auxiliary plate electrode 38 is 2 mm.
[0024]
Various electric insulating liquids used for generating a liquid jet by EHD pumping are conceivable. In the process of the present invention, diethylene glycol monobutyl ether acetate (hereinafter abbreviated as “BCRA”), dodecanedioic acid-n-butyl (hereinafter referred to as “DBDN”). ”), Transformer oil (JIS-C2320) (hereinafter abbreviated as“ Tr-Oil ”), and fluorine-modified silicone oil (hereinafter abbreviated as“ FS-Oil ”).・ Thinking, and identifying their characteristics and practical superiority or inferiority. The liquid jet generated when the electrode system shown in FIG. 1 is installed in the above four types of electrically insulating liquids and a positive or negative DC high voltage is applied depends on the type of liquid and the polarity of the applied voltage. Show different characteristics. The physical constants related to the properties of the electrical insulating liquid are as shown in FIG.
[0025]
FIG. 5 shows the relationship between the flow velocity U and the applied voltage V. These velocities are measured at a point 1 mm on the central axis Z of the electrode system 10 from the upper tip of the pseudo donut-shaped electrode 1. The flow of BCRA and Tr-Oil is always sprayed upward from the flat electrode 2 side through the liquid flow hole 5a of the pseudo donut-like electrode 1 regardless of the polarity of the applied voltage, and the flow of DBDN and FS-Oil is applied. It was confirmed that it changed depending on the polarity of the voltage. As is apparent from FIG. 5, BCRA and DBDN exhibit a large flow rate for a given applied voltage, and BCRA particularly exhibits a large flow rate. Therefore, when utilizing a liquid jet by EHD pumping, it is useful to use BCRA or DBDN as the electrically insulating liquid.
[0026]
FIG. 6 shows the relationship between the pumping pressure P and the applied voltage V. As is apparent from FIG. 6, BCRA and DBDN generate a large pumping pressure for a given applied voltage, and the pumping pressure P changes in proportion to the square of the applied voltage V. Therefore, also from this characteristic, it is useful to use BCRA or DBDN as the electrically insulating liquid when utilizing a liquid jet by EHD pumping.
[0027]
In the case of an electrode system as shown in FIG. 1 in which no nozzle is provided, the liquid jet ejected upward through the liquid flow hole 1 a of the pseudo-doughnut-like electrode 1 becomes turbulent as it moves away from the tip of the pseudo-doughnut-like electrode 1. It becomes impossible to maintain a linear flow because it contains components. Therefore, in order to obtain a liquid jet having higher convergence and directivity, the electrode system 10 in which the nozzle 25 shown in FIG. 2 or the spiral nozzle 35 shown in FIG. 3 is added to the pseudo-doughnut-shaped electrode 1 is used. 7 and 8, the effect of adding these nozzles 25 and spiral nozzles 35 is prominent.
[0028]
That is, FIG. 7 shows the velocity distribution measured from the tip of the nozzle to the upper 25 mm along the central axis Z of the electrode system 10, and the maximum velocity is normalized to 1.0. FIG. 8 shows the velocity distribution measured in the radial direction at a position 20 mm above the tip of the nozzle. 7 and FIG. 8, an electrode system having no nozzle (the electrode system shown in FIG. 1), an electrode system having an ordinary nozzle (the electrode system shown in FIG. 2), and a spiral nozzle are provided. This is a comparison of the electrode system (the electrode system shown in FIG. 3).
[0029]
As shown in FIG. 7, as the measurement point moves away from the electrode system, a difference due to the difference in the electrode system appears. That is, the electrode system having a spiral nozzle has a small velocity attenuation rate even at a point away from the tip, and the directivity of the liquid jet is the best as compared with other electrode systems. In addition, FIG. 8 shows that the liquid jet of the electrode system having a spiral nozzle has the best convergence compared to other electrode systems.
[0030]
【The invention's effect】
As is clear from the above embodiments, according to the present invention, a positive or negative DC high voltage is applied to the electrode system in which the pseudo-doughnut-like electrode and the flat plate electrode are opposed to each other, so that an electrically insulating liquid at a constant temperature is obtained. In particular, a highly directional liquid jet can be generated, and since there is no charge injection from the electrode into the electrically insulating liquid, deterioration of the electrically insulating liquid used is suppressed, which is extremely effective in practice.
[0031]
On top of that, a converging property and directivity of the liquid jet can be further enhanced by constructing an electrode system by additionally connecting a pseudo donut-like electrode with a nozzle, particularly a spiral nozzle. Also, by using BCRA or DBDN as the electrically insulating liquid, good results can be obtained as the characteristics of the liquid jet.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a basic configuration diagram of an apparatus for generating a liquid jet by EHD pumping according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of an apparatus for generating a liquid jet by EHD pumping according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of an apparatus for generating a liquid jet by EHD pumping according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a characteristic explanatory diagram showing physical constants of an electrically insulating liquid used in the method and apparatus for generating a liquid jet by EHD of the present invention.
FIG. 5 is a relationship diagram between an applied voltage and a liquid jet flow velocity based on an experimental result of the present invention.
FIG. 6 is a relationship diagram between applied voltage and pumping pressure based on the experimental results of the present invention.
FIG. 7 is a characteristic diagram of the axial velocity of a fluid jet based on the experimental results of the present invention.
FIG. 8 is a characteristic diagram of radial velocity of a fluid jet based on the experimental results of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Pseudo-doughnut-shaped electrode 1a: Liquid flow hole 2: Plate electrode 3: Electric insulating liquid 4: DC high voltage power supply 10: Electrode system 25: Nozzle 25a: Conical liquid flow hole 35: Spiral nozzle 35a: Restriction Conical liquid flow hole 35b: Large root diameter portion 36: Auxiliary liquid passage 37: Auxiliary ring electrode 38: Auxiliary plate electrode 39: Cylindrical guide body 40: Guide groove (annular slit)
41: Small hole d: Gap R: Arc s: Gap Z: Center axis

Claims

中心軸の方向に液体流通孔を貫通させた環状あるいは筒状でその両端面を滑らかな円弧状に成形した擬似ドーナッツ状電極の一端を平板電極に対し間隙をおいて対向させると共に、前記擬似ドーナッツ状電極の液体流通孔と同軸状に繋がる絞り円錐状液体流通孔と前記中心軸方向に対し垂直方向の流れ成分をもつ液流を前記絞り円錐状液体流通孔の根元大径部へ導入する補助液体流通路を形成したスパイラル・ノズルを前記擬似ドーナッツ状電極の他端に結合させ、前記補助液体流通路の入口周辺に補助リング電極を配設しこの補助リング電極に対して間隙を介して補助平板電極を対向させて電極系とし、前記擬似ドーナッツ状電極と平板電極が対向する部分および前記補助リング電極と補助平板電極が対向する部分を含む前記電極系の少なくとも一部を電気絶縁性液体の中に置いて、前記擬似ドーナッツ状電極と平板電極の間ならびに前記補助リング電極と補助平板電極の間に同時に直流高電圧を印加することにより、前記擬似ドーナッツ状電極の液体流通孔を通して前記スパイラル・ノズルの先端から前記電気絶縁性液体を噴出させることを特徴とするＥＨＤポンピングによる液体ジェット発生方法。 One end of a pseudo-doughnut-like electrode having a circular or cylindrical shape with a liquid flow hole penetrating in the direction of the central axis and having both end faces formed in a smooth arc shape is opposed to the flat plate electrode with a gap therebetween, and the pseudo-doughnut A conical liquid flow hole connected coaxially with the liquid flow hole of the electrode and an auxiliary for introducing a liquid flow having a flow component perpendicular to the central axis direction into the root large diameter portion of the conical liquid flow hole A spiral nozzle having a liquid flow passage is coupled to the other end of the pseudo-doughnut-like electrode, and an auxiliary ring electrode is disposed around the inlet of the auxiliary liquid flow passage, and the auxiliary ring electrode is assisted through a gap. There are few electrode systems including a portion where the pseudo donut-like electrode and the flat plate electrode face each other, and a portion where the auxiliary ring electrode and the auxiliary flat plate electrode face each other. In addition, by placing a part in an electrically insulating liquid and simultaneously applying a DC high voltage between the pseudo-doughnut-like electrode and the flat plate electrode and between the auxiliary ring electrode and the auxiliary flat-plate electrode, A method of generating a liquid jet by EHD pumping, characterized in that the electrically insulating liquid is ejected from the tip of the spiral nozzle through a liquid flow hole of an electrode.

電気絶縁性液体としてジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートを用いることを特徴とする請求項１に記載のＥＨＤポンピングによる液体ジェット発生方法。2. The method of generating a liquid jet by EHD pumping according to claim 1, wherein diethylene glycol monobutyl ether acetate is used as the electrically insulating liquid.

電気絶縁性液体としてドデカン二酸―ｎブチルを用いることを特徴とする請求項１に記載のＥＨＤポンピングによる液体ジェット発生方法。The method for generating a liquid jet by EHD pumping according to claim 1, wherein n-butyl dodecanedioate is used as the electrically insulating liquid.

中心軸の方向に液体流通孔が貫通した環状あるいは筒状でその両端面が滑らかな円弧状に成形された擬似ドーナッツ状電極と、前記擬似ドーナッツ状電極の一端に間隙をおいて対向した平板電極と、前記擬似ドーナッツ状電極の液体流通孔と同軸状に繋がる絞り円錐状液体流通孔が貫通すると共に前記中心軸方向に対し垂直方向の流れ成分をもつ液流を前記絞り円錐状液体流通孔の根元大径部へ導入する補助液体流通路が形成されて前記擬似ドーナッツ状電極の他端に結合したスパイラル・ノズルと、前記補助液体流通路の入口周辺に配設された補助リング電極と、この補助リング電極に間隙を介して対向した補助平板電極を有し、少なくとも前記擬似ドーナッツ状電極と平板電極の対向部分および前記補助リング電極と補助平板電極の対向部分が電気絶縁性液体中に保持され前記擬似ドーナッツ状電極と平板電極の間ならびに前記補助リング電極と補助平板電極の間に同時に直流高電圧が印加される電極系を備え、且つ、前記スパイラル・ノズルの絞り円錐状液体流通孔の根元大径部内周壁の内側に短い円筒状案内体を配設して、その円筒状案内体と前記根元大径部の間に、液体を絞り円錐状液体流通孔の中心に向けて付勢する誘導溝を形成すると共に、前記スパイラル・ノズルの外周面から前記誘導溝に通ずる小孔を設け、前記誘導溝と小孔で補助液体通路が形成されたことを特徴とするＥＨＤポンピングによる液体ジェット発生装置。A pseudo-doughnut-shaped electrode having a liquid circulation hole passing through in the direction of the central axis or having a circular arc shape at both ends thereof and a flat plate electrode opposed to one end of the pseudo-doughnut-shaped electrode with a gap And a conical liquid flow hole that is concentrically connected to the liquid flow hole of the pseudo-doughnut-shaped electrode and a liquid flow having a flow component perpendicular to the central axis direction is passed through the conical liquid flow hole. A spiral nozzle formed in the auxiliary liquid flow passage to be introduced into the base large diameter portion and coupled to the other end of the pseudo-doughnut-shaped electrode, an auxiliary ring electrode disposed around the inlet of the auxiliary liquid flow passage, An auxiliary plate electrode opposed to the auxiliary ring electrode with a gap, at least a portion of the pseudo-doughnut-like electrode and the plate electrode facing each other, and a portion of the auxiliary ring electrode and the auxiliary plate electrode opposed to each other And an electrode system in which a DC high voltage is simultaneously applied between the pseudo-doughnut-like electrode and the flat plate electrode and between the auxiliary ring electrode and the auxiliary flat plate electrode. A short cylindrical guide body is arranged inside the inner peripheral wall of the base large diameter portion of the nozzle conical liquid flow hole of the nozzle, and the liquid is drawn between the cylindrical guide body and the base large diameter portion. A guide groove that is urged toward the center of the hole is formed, a small hole that communicates with the guide groove from the outer peripheral surface of the spiral nozzle is provided, and an auxiliary liquid passage is formed by the guide groove and the small hole. A liquid jet generator using EHD pumping.

電気絶縁性液体がジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートであることを特徴とする請求項４に記載のＥＨＤポンピングによる液体ジェット発生装置。The apparatus for generating a liquid jet by EHD pumping according to claim 4, wherein the electrically insulating liquid is diethylene glycol monobutyl ether acetate.

電気絶縁性液体がドデカン二酸―ｎブチルであることを特徴とする請求項４に記載のＥＨＤポンピングによる液体ジェット発生装置。5. The liquid jet generator by EHD pumping according to claim 4, wherein the electrically insulating liquid is dodecanedioic acid-n-butyl.