JPH0454069B2 - - Google Patents

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JPH0454069B2
JPH0454069B2 JP57198822A JP19882282A JPH0454069B2 JP H0454069 B2 JPH0454069 B2 JP H0454069B2 JP 57198822 A JP57198822 A JP 57198822A JP 19882282 A JP19882282 A JP 19882282A JP H0454069 B2 JPH0454069 B2 JP H0454069B2
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chamber
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electrode
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Jee Aaru Maagetsuto Henri
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    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B29/00—Machines or engines with pertinent characteristics other than those provided for in preceding main groups
    • F01B29/08—Reciprocating-piston machines or engines not otherwise provided for
    • F01B29/10—Engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/008—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for characterised by the actuating element
    • F03G7/011—Actuators having a material for absorbing or desorbing a gas, e.g. with a fuel cell reaction or a metal hydride
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/027—Control or monitoring

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原動機に関し、更に詳細には電気化学
的活物質の分子をイオンに変換し、電解膜を通し
て輸送し、さらにそのイオンを分子に変換するこ
とによつて引起こされる圧力の増加と減少を利用
する原動機に関する。
米国特許第3489670号には、水素と種々の汚染
物質から成るガスが、イオン交換膜によつて区切
られたチヤンバーの中に導入されるガス精製のた
めの工程が記載されている。その膜を横切つて電
圧勾配が設定されると、ガス中の水素分子が、イ
オン化され、その結果、それらは膜を通過し、膜
の反対側から抽出される。汚染物はイオン化され
ず、膜を通過しない。その工程は、燃料電池のた
めの水素の供給にも使用され得る。
米国特許第4118299号には、塩と他の汚染物質
を含有する水が、水素ガスと混合される電気化学
的な水の脱塩工程が記載されている。その混合物
は、電圧勾配が設定されたイオン交換膜によつて
区切られたチヤンバー内に導入される。水素分子
は、イオン化され膜を通過する。膜を通して水素
イオンが通過する間、水はイオンと共に運ばれ、
その結果、膜の反対側では水素と純水が製造され
る。ガス状の水素は、再生のためポンプで戻され
る。米国特許第4118299号には、電圧勾配の影響
下の水素イオンは、膜の一方の側の低圧環境から
膜の他方の側の高圧環境へ輸送されるであろうと
いうことが記載されている。
パーガモン・プレス社「インターナシヨナル・
ジヤーナル・オブ・ハイドロジエン・エナジー」
誌の1981年第６巻、第45〜51頁のセドラツク等に
よる“水素電解電池”とタイトルされた論文に
は、上記引用米国特許が参照されており、イオン
交換膜を含む電解セルの実施例によつて水から水
素を回収する実験が記載されている。
上に引用された先行技術の参照例には、電圧勾
配が設定された膜を通して水素イオンの通過が記
載されているけれども、どれも膜の各側面におけ
る水素分子の放出あるいは増加によつて引起され
る圧力変化を機械的な仕事に利用していない。
後に更に詳しく述べられる本発明の実施例は、
イオン交換膜のような電解膜によつて隔てられた
少なくとも２個の気密隔室を有している。チヤン
バーの各々の部分的境界を形成する膜の表面は、
電流の流れを誘導するために電圧勾配が膜を横切
つて設定されるように電極を備えている。隔室は
電極においてイオン化され得る電気化学的活物質
で充される。電流の流れが、そこに設定された電
圧勾配に応じて膜を通して誘導されるとき、電気
化学的活物質の分子がイオン化され、膜を通過
し、他の隔室内で分子に再変換され、それによつ
て隔室のうちの１つの中の圧力は増加し、もう１
つの隔室の中の圧力が減少する。これらの圧力変
化をポンプあるいは他の機械的負荷を駆動するの
に使用される機械的運動に変換するための手段
が、隔室と作動的に連結して備えられる。
電解膜が極めて薄い構造の場合に有効であるの
で、本発明に依る原動機を動かすのに必要な電圧
は極めて小さい。その結果、本発明を実施する原
動機は、普通の乾電池によつて電力が供給され、
高度の携帯性を提供する。
本発明の特徴と利点は、隔室内の圧力の増加お
よび／あるいは減少は、摩擦損失の無い端部への
可動部品なしに成し遂げることができ、実質的に
長寿命が達成できることである。
本発明の他の特徴と利点は、圧力変化を機械的
運動に変換するためのベロー構造の１つあるいは
それ以上の隔室と連結した使用から生ずる。ベロ
ー構造は、隔室間の完全なシールを確実にすると
ともに、装置が作動される環境において、そのシ
ールは長く持続し、メンテナンスフリーである。
更に、本発明の特徴と利点は、複数のセルが、
電気的に直列で、機械的に並列に持続されうるの
で、どのようなポンプ容量でも達成でき、どんな
電源電圧でも適応されうることである。
他の目的と共に、前述の特徴と利点が、次の明
細書と図面を参照すれば、さらに明らかになるで
あろう。
更に詳しく図面を参照すれば、参照数字１２は
一つの側壁１４と、向い合つた端壁１６，１８を
有する気密チヤンバーを示す。側壁１４は、円筒
状であるが、他の適当な断面形状でもよい。壁面
は、第１図の特定の実施例においては金属から形
成されているが、他の適当な材料、例えば、プラ
スチツク、ガラス、あるいは同様な気密な材料で
もよい。ほぼチヤンバー１２の端壁間の中程に電
解膜２０が固定されている。種々の電解膜の形態
が以下に更に詳細に、先に引用された先行技術の
例において記載されている。
膜２０の向い合う表面に接して、導電性の電極
２２，２４が配置される。電極は、網目状のチタ
ン−パラジウム合金、膜２０の各表面上の薄い被
覆状のパラジウム黒、あるいは電気的に導電性で
あり、チヤンバー１２内の電解質の分子を、膜２
０を横切つて印加される電圧勾配に応じて、イオ
ンに変換する場合、触媒として作用する他の材料
から形成されうる。膜２０と電極２２，２４は、
絶縁性のスリーブ２５内に支持される。スリーブ
は、もし側壁１４が絶縁性の材料、例えばガラス
から構成されるならば、省くことができる。
隔室２６は、電極２２、端壁１６と側壁１４の
左手側部分により境界付けられ、隔室２８は、電
極２４、端壁１８と、側壁１４の右手側部分によ
り境界付けられている。壁面１４は、各隔室と通
じ、装置の製造の間、隔室の中に適当な材料を導
入する細管３０，３２を備えている。
電極２２に電気的に接続された導線３４が在り
適当なシール３６を介しチヤンバー１２の外部に
延びている。電極２４に接続され、チヤンバー１
２の外部へシール４０を介して延びる他の導線３
８が在る。導線３４と３８は、電池４４によつて
電力供給される電気的制御装置４２に接続されて
いる。制御装置４２は、簡単な時限転極スイツチ
でもよいし、あるいは形状と繰返し率が変化する
交互に正と負の電圧信号を発生することが可能な
波形発生器でよいが、制御装置４２の特定な形態
は、本発明の原動機により駆動される負荷に依
る。
第１図に示された実施例において、隔室２６お
よび２８の中の圧力変化を機械的運動に変換する
２つの構成が記載されている。隔室２６と結合し
て端壁１６から延びた円筒状延長部４６が在る。
その円筒状延長部は、隔室２６と連結した内側端
と、装置がすえ付けられる周囲の外界と連絡した
外側端を有している。円筒状延長部４６は、ピス
トン４８を支持する一定の断面形状の通路を限定
している。Ｏリングシール５０および５１が、ピ
ストン４８の外側表面上に設けられ、すべり蛇の
目シール５２および５３が円筒状延長部４６の対
向する端部に設けられ、それにより隔室２６は、
気密状態に保たれる。このように、隔室２６内の
圧力が増加するにつれて、ピストン４８は外側
（第１図において左の方へ）に移動し、隔室内の
圧力が減少するにつれて、ピストンは内側（第１
図において右の方へ）に移動する。
端壁１８には開口５４が設けられ、ベロー構造
５６が、その開口のふちに固定的にシールされて
いる。ベロー構造の外側端には、隔室２８が気密
状態に保たれるように密封プレート５８が設けら
れている。隔室２８内の圧力が増加するにつれ
て、ベロー５６は、膨張し、密封プレート５８
は、外側（第１図において右の方へ）に移動し、
隔室２８内の圧力が減少するにつれて、ベローは
収縮し、プレート５８は内側（第１図において左
の方へ）に移動する。
ピストン４８および／あるいは密封プレート５
８に接続された負荷は、隔室２６，２８内の圧力
の増加、減少に応答した往復運動の作用を受け
る。
電解膜２０の特定の構成は、装置に用いられる
電気化学的活物質に依存する。装置は、気相中に
存在可能な物質を含み、且つ電解膜を横切つて移
動し、対向電極において分子状態に再変換され得
るイオンを生ずるために電極２２，２４の１つに
おいて反応するように電気化学的に可逆活性であ
るレドツクス対によつて動作することができる。
適当なレドツクス対の一例は、対の両方の種類
が、気体形態の分子状水素（H2／H2）である。
膜２０を通して１つの隔室から他へ、水素分子が
移動する過程は、上に引用した先行技術例によく
記載されている。例えば、もし、制御装置４２
が、電極２４を電極２２より高い電位に設定する
と、電極２２は、陰極として機能し、電極２４
は、陽極として機能する。電極２２においては、
次式で表わされる陰極反応が起こる。
2H+＋2e-→H2 電極２４において、次式で表わされる陽極反応
が起こる。
H2→2H+＋2e- 前述の正味の結果は、隔室２８中の水素分子が
イオンに変換され、そのイオンは電圧勾配の影響
を受けて膜２０を通して移動するということであ
る。電極２２においては、陰極反応がイオンを分
子に再変換し、それにより隔室２６中の圧力は、
増加し、隔室２８中の圧力は減少する。制御装置
４２の作用により極性が逆転されると、分子は、
上記の式により定義される現象に依つて、隔室２
６から隔室２８に逆に移動する。
もう一つの適当なレドツクス対は、酸素と水
（O2／H2Ｏ）である。膜２０を横切る適当な極性
の電圧勾配に応じて、膜の一方の側の第１の隔室
中の水は電解される。水素イオンが、その隔室を
区切る電極において形成され、それらのイオン
は、第１の隔室中の気体状の酸素を残して膜を横
切つて移動し、それにより第１の隔室中の圧力が
増加する。水素イオンが第２の隔室に達すると、
第２の隔室内で水を形成するように、他の電極に
おいて酸素と再結合する。そのような第２の隔室
内での再結合に応じて、第２の隔室内の圧力は弱
められる。このように、他の隔室内での圧力減少
に伴う隔室内での望ましい圧力増加が、酸素と水
のレドツクス対によつて達成される。他の適当な
レドツクス対は、塩素と塩酸（Cl2／HCl）、臭素
と臭化水素酸（Br2／HBr）、よう素とよう化水
素（I2／HI）、塩素と塩化リチウム（Cl2／LiCl）
である。
制御装置４２の代表的な繰返し率は、第６図に
示されているように、１秒間隔の反対極性の電圧
勾配が続く、１秒間の１つの極性の膜２０を横切
る電圧勾配を供給する。本発明に従つて設計され
た一装置において、電極２２および２４は、約．
002〜．003インチ（．005〜．0076cm）の厚みを
有し、膜２０は、約．010インチ（．025cm）の厚
みを有し、電極は約１cm2の断面積を有している。
約．1Voltの電圧が、約1Aの膜を通過する電流
を、１秒当り約１回の極性反転の割合で生じさ
せ、約１cm2の面積の膜を有する装置は、１時間当
り約400cm3の水素を吸引することができる。その
ような好例なシステムにおいて、隔室内の圧力
は、約１気圧から約３気圧に変化し得る。
第６図に示された時間対電圧パターンは、ほん
の一例である。制御装置４２は、事実上どんな形
の時間対電圧のパターンをも生ずるように適合さ
せることができ、従つてピストン４８および密封
プレート５８の時間調節、又はプログラムされた
動きを可能にする。これは、伝統的なモータに反
して、装置は、電流が、減少するにつれて、より
効率的になるという装置の特色の開発を可能にす
る。
第３図と第４図に関して、円筒状であり、集積
端部プレート７２を有する金属ケーシング７０が
在る。端部プレート７２から反対の端部にケーシ
ング７０は、外側拡長フランジ７４を有し、ボル
ト手段７８によりフランジに固着された端部プレ
ート７６が在る。フランジ７４とプレート７６間
のガスケツト８０が、ハウジング７０によつて限
定されたチヤンバーの気密を確実にしている。チ
ヤンバーの右手端で、端部壁７２の内側表面と接
触して絶縁体８２が在る。端部壁７２から離れた
絶縁体８２の表面上に、円形の周辺部８６と、中
央に凹面部８８を有する導電性の皿状部材８４が
在る。凹面部８８の中央には端子と皿状プレート
をケーシング７０から絶縁するために、ブツシユ
９２によつて包囲された電気端子９０が在る。皿
状部材の周辺部と接触して、第１、２図に関して
前記した電極２２および２４と同様な材料と機能
を有する電極９４が在る。皿状部材８６と電極９
４の間に限定された隔室９６が在り、その隔室
は、水素又はその他同種のもので満たされる。
電極９４は、電極１００が配置された反対の表
面上にイオン交換膜９８と密接に接触して配置さ
れる。電極１００は、電極９４と同じものであ
り、イオン交換膜９８は、第１図に関して上記し
たものと同じものである。中心部開口を定め、電
極１００と電気的接触した周辺部を有する環状接
触器１０２が在る。接触器１０２は、ケーシング
と電極１００間の電気的接触を設定し、ケーシン
グ内で装置の部品が動かないように保持するため
に、ケーシング７０の内側壁と接触するカーブし
た周辺部１０４を有している。接触器１０２は、
そのへりに気密なベロー構造が固定された中央円
形開口を限定している。接触器１０２から離れた
ベロー１０６の端部にはベローおよび電極１００
と共に隔室１１０を限定する円形密封プレート１
０８が在る。
環状接触器１０２と接触して、１つの環状挿入
材１１２の軸表面が在る。挿入材は、ケーシング
７０によつて定められたチヤンバー内に滑り嵌め
される外側周辺を有し、ベローが中央開口の中で
膨張し、収縮できるように、ベロー１０６の外径
よりわずかに大きい径の内側円筒状開口を定めて
いる。挿入材１１２は、放射状に延びた入口内径
あるいは通路１１４と、放射状に延びた出口内径
あるいは通路１１６を定めている。第３および第
４図に示された特定の実施例において、内径１１
４と１１６は、互いに正反対に一直線となつてい
る。入口嵌合１１８がケーシング内に内径１１４
と連絡するために設けられ、出口嵌合１１９がケ
ーシングを通して延び、出口内径１１６と連絡し
ている。嵌合は、又、ケーシング７０の中で挿入
材１１２を動かないように支えるのに役立つてい
る。入口内径１１４内に、逆止弁１２０が、配置
され、その逆止弁は、入口嵌合１１８から装置の
内部への方向にのみ流体の流れを可能にするよう
に方向付けられている。出口内径１１６内には、
逆止弁１２１が配置され、逆止弁は、装置の内部
から出口嵌合１１９の方向にのみ流体の流れを可
能にするように方向付けられている。
第３図に示された装置の左手側には、右手側に
示されたものと、実質的に対称な、又は同一の構
造が在る。電極１２４が在る内側表面と、電極１
２６が在る外側表面に接して、イオン交換膜１２
２が在る。接触器１２８は、イオン交換膜１２２
とケーシング７０の間の電気的接触を設定し、ベ
ロー１３０が取付けられる中央開口を定めてい
る。密封プレート１３２は、隔室１３４を形成す
るように、電極１２４から離れたベローの先端を
おおつている。理解されるように、密封プレート
１３２は、密封プレート１０８から平行に一定の
間隔を保つている。ポンプ室１３５が、密封プレ
ート１０８と１３２の間に形成される。
隔室１３６が、電極１２６とカツプ形保持器１
３８の間に形成されている。保持器１３８は、絶
縁体１４０により支えられ、その外側、あるいは
左手の先端は、プレート７６の内側表面を圧して
いる。保持器１３８は、隔室１３４と実質的に同
一であり、中央凹部１４２と、電極１２８と電気
的接触する外側周辺部１４４を有する。膜９８と
１２２の周辺の周囲に適当な密封材、例えばシリ
コンゴムのビード１４５が在る。ビードは、膜の
ふちからの蒸発を防ぎ、装置の要素を適所に保持
する役目をしている。
端子１４６は、保持器１３８の中心に接続さ
れ、その端子がケーシングと電気的接触すること
なくケーシングの外部に延びるための絶縁ブツシ
ユ１４８が在る。ケーシング７０に取付けられ、
電気的に接続された端子１５０が在る。電極１０
０と１２４は、ケーシングに接続されているの
で、端子１５０への接続は、それらの電極への回
路を設定している。
導線１５２が、端子９０と１４６を第１図に関
して前述した制御装置４２と実質的に同一な制御
装置１５４の１つの端子に接続している。導線１
５６は、端子１５０を制御装置の他の端子に接続
している。制御装置は、その端子間に適当な電気
信号を供給するように適用され、電池１５８によ
り電力供給されている。
第３図の実施例の動作を述べると、電極９４と
１２６が陽極として働き、電極１００と１２４が
陰極として働くために、制御装置１５４によつて
導線１５２に加えられる電位は、導線１５６に加
えられる電位との関係で、正であることが仮定さ
れるであろう。従つて、隔室９６と１３６の中の
水素分子は、各電極９４と１２６によつてイオン
に変換される。膜９８と１２２を横切る電圧勾配
の影響下において、イオンは膜を通して移動し、
各電極１００と１２４によつて分子に変換され
る。この結果、隔室１１０と１３４内の圧力が増
加する。後者の室における圧力の増加は、ポンプ
プレート１０８と１３２を互いの方へ移動させ、
ベロー１０６と１３０の伸縮性が、その動きを可
能にしている。プレート１０８と１３２の互いの
方への移動は、ポンプ室１３５の体積を減少さ
せ、その中の流体を出口嵌合１１９を通して押し
出す。入口嵌合１１８を通つた流体の流れは、入
口内径１１４内の逆止弁１２０の存在により妨げ
られる。
適当な周期、例えば１秒後に、制御装置１５４
は、電極１００と１２４が陽極として働き、電極
９４と１２６が陰極として働くように、電極に加
えられる電圧信号の極性を逆転する。これは、チ
ヤンバー１１０と１３４中の水素分子の電極１０
０と１３０におけるイオン化と、膜９８と１２２
を通してのイオンの移動と、電極９４と１２６に
おけるイオンの分子への再転化、そして、それに
よる隔室１１０と１３４内の圧力の減少を生じさ
せる。隔室９６と１３６内の圧力は、対応して増
加する。隔室１１０と１３４内の圧力の減少は、
密封プレート１０８と１３２をベロー１０６と１
３０中の伸縮性に応じて互いに離れさせる。これ
は、入口嵌合１１８からポンプ室１３５の中への
流体の移動となる。出口嵌合１１９からの流体の
逆流は、出口嵌合１１６中の逆止弁１２１の存在
により妨げられる。前述の極性の逆転は、入口嵌
合１１８から出口嵌合１１９への流体のポンプ作
用を達成させるために、第６図に示されるように
続けられる。ポンプ作用の割合は、制御装置１５
４によつて発生される電圧信号の繰返し率と波形
によつて制御することができる。
第５図の実施例は、本発明を実施する複数の原
動機は、互いに連絡できることを明示している。
更に特別には、第５図の実施例において、原動機
は、電気的に直列に接続され、機械的に並列に接
続されている。
第５図において、円筒形状を有する気密ケーシ
ング１６０が在る。ケーシング１６０の内部は、
４個の隔室１６２，１６４，１６６および１６８
を限定している。隔室１６２は、一端を端板１７
０と、他端を、電極１７２、膜１７４および電極
１７２から反対の膜１７４の面に接した電極１７
６から形成された電極−膜構造により境界がつけ
られている。端板１７０は、フランジ継手１７７
手段によりケーシング１６０に取付けられてい
る。構成要素１７２−１７６により形成された膜
−電極構造は、隔室１６４の１つの境界を形成
し、隔室の他の境界は、電極１７８、膜１８０お
よび電極１７８と反対の膜の面上に配置された電
極１８２から成る膜−電極構造により形成されて
いる。構成要素１７８−１８２によつて形成され
た膜−電極構造は、隔室１６６の左手の境界を構
成し、右手の境界は、電極１８４、膜１８６およ
び電極１８４と反対の膜１８６の面上に配置され
た電極１８８から成る膜−電極構造により形成さ
れている。構成要素１８４−１８８により形成さ
れた膜−電極構造は、隔室１６８の一つの境界を
形成し、端部壁１９０は他の境界を形成してい
る。端板１９０は、フランジ継手１９１手段によ
りケーシング１６０に取付けられている。第５図
に示される４個の隔室と３個の膜−電極構造は、
実質的にどんな数の構成要素でも連結することが
できるので、単に典型的なものに過ぎない。
隔室１６４と１６８を連結して、主導管１９６
と連絡する分岐管１９２と１９４が在り、その末
端は、ベロー構造と継つている。ベロー構造は弾
性の膨張ベロー側壁２００を含み、その一端は、
ベース２０２に固定され、他端は、密封プレート
２０４を支持しており、主導管１９６内の圧力の
増加および／あるいは減少は、ベロー構造の膨張
あるいは収縮、すなわち、プレート２０４をベー
ス２０２から離れるか、又はその方への移動を生
じさせるであろう。隔室１６２と１６６と連絡し
て、主導管２１０と連絡する分岐管２０６と２０
８が在る。導管２１０は、膨張ベロー側壁２１
４、ベース２１６および端部封２１８を含むベロ
ー構造と連絡している。
端部プレート２１８に、ガジオン２２０が固定
され、同様に端部プレート２０４にピストンピン
２２２が固定されている。揺動杆２２４は、その
対向端がピストンピン２２２に枢定され、揺動杆
の中点がブラケツト２２８によつて枢支された軸
２２６に支定されている。
電極１７２と、第１図に関して前述した制御装
置４２と同じ制御装置２３２の間に導線２３０が
接続されている。また、電極１８８と制御装置２
３２間に接続された導線２３４が在る。制御装置
２３２は、適当な波形と繰返し率、例えば第６図
に示されるような電圧信号を導線２３０と２３４
に供給するように適用され、電他２３６によつて
電力供給される。最後に、電極１７４と１８２の
間に接続された導線２３８と、電極１７８と１８
４の間に接続された導線２４０が在り、それによ
り、すべての３つの膜電極は直列に接続されてい
る。
前述した実施例の場合と同様に、第５図の実施
例は、活性成分が本質的に水素である気体で満た
され、ケーシング１６０内の膜−電極構造が制御
装置２３２からエネルギー供給されると、水素は
一方の電極においてイオン化され、膜を通過し、
他の電極において分子状水素に再変換される。更
に特別に、導線２３４上の電位を仮定すると、水
素は、チヤンバー１６２と１６６からチヤンバー
１６４へ、そしてチヤンバー１６６からチヤンバ
ー１６８へ移動する。これは、圧力増加を分岐管
１９２と１９４および主導管１９６を通してベロ
ー構造１９８に加える。従つて、ベローは膨張
し、揺動杆２２４と軸２２６は、第５図に示され
るように時計回りに回転する。前記のものと同時
に、水素は、チヤンバー１６２と１６６から減じ
られ、それにより分岐管２０６と２０８、主導管
２１０およびベロー構造２１２の中に相対的な低
圧を作り出す。ベロー構造１９８によつて供給さ
れるものに付加的な揺動杆２２４上の時計回りの
モーメントを生じる後者のベロー構造の収縮を来
たす。適当な周期、例えば１秒の後、制御装置２
３２は、導線２３４上の電位が、２３０上の電位
より大きくなるように、導線上の極性を反転す
る。後者に応答して、水素は、チヤンバー１６４
からチヤンバー１６２と１６６へ、そして、チヤ
ンバー１６８からチヤンバー１６６へ移動する。
逆の動作、すなわち、ベロー構造２１２は膨張
し、ベロー構造１９８は収縮し、第５図に示され
るように、揺動杆２２４を反時計回りの動きにさ
せる。動力は、軸２２６から直接取り出される
か、あるいは、もし、一定方向の回転が必要な
ら、動力は、ラチツト歯止め機構あるいはオーバ
ランニングクラツチを介して取出される。従つ
て、第５図に示された装置は、本発明の個々の膜
−電極構造が、縦続接続することができ、原動機
構造から離れて置かれた変換器に供給することが
できることを表わしている。膜−電極間の直列電
気的接続は、十分な膜−電極構造が電池電圧を供
給するために直列に接続することができるので、
市販の利用できる乾電池が使用できる。
ある適用において、実質的に純粋な水素によつ
て隔室が満たすことが望ましい。隔室からの水素
の減少が、満足できない低圧を生ずるであろう他
の場合に、水素は、膜が、不透過性である不活性
ガスと混合することができ、窒素がその目的に適
当な気体の一例である。このように、水素−窒素
混合物が使用されたシステムにおいては、窒素
は、それが置かれた隔室内に残り、それにより、
すべての水素が隔室から減ぜられた時でも、あら
かじめ選択された残余の圧力が供給される。
本発明の代表的例において、装置が組み立てら
れた後、空気が排除され、不活性ガスとともに
か、あるいは無しに、水素ガス気圧の圧力で装置
の隔室の中に導入される。作動の一つの適当な方
式は、膜−電極構造の一方の側の圧力が約３気圧
で、他方の側の圧力が約１気圧になるまで、膜−
電極構造を１方向に極性を与えることである。そ
の後、極性は、反対方向の水素の輸送を生ずるた
めに反転される。
本発明に依る原動機は、約１cm2の断面積を有す
る非常に小さな装置から、十分に大きな装置まで
の広い範囲の寸法に製作することができる。
本発明は、電池電源を利用する小型の装置に適
用できるので、接近できない場所にそれを移植あ
るいはすえ付けるのに役立つ。
本発明のいくつかの実施例が示され記載された
が、本発明の真の精神および範囲から逸脱するこ
となく、他の適応と変更が可能であることは明ら
かである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、往復機械運動を供給する本発明に依
る原動機の断面の正面図であり、構成部分は、は
つきりさせるために縮尺からはずれて示されてい
る。第２図は、第１図の線２−２に沿つた切断面
図である。第３図は、流体ポンプとして実施化し
た本発明に依る原動機の断面の正面図であり、構
成部分ははつきりさせるために縮尺からはずれて
示されている。第４図は、第３図の線４−４に沿
つた切断面図である。第５図は、各ユニツトの複
数が、電気的に直列に、そして機械的には並列に
接続された本発明の原動機を示す断面の正面図で
あり、構成部分は、はつきりさせるために縮尺か
らはずれて示されている。第６図は、本発明に依
る一つの適当な動作順序のための時間対電圧のプ
ロツトである。 １２……気密チヤンバー、２０，９８，１２
２，１７４，１８０，１８６……電解膜、２２，
２４，９４，１００，１２４，１２６，１７２，
１７６，１７８，１８２，１８４，１８８……電
極、２６，２８，９６，１１０，１３４，１３
６，１６２，１６４，１６６，１６８……隔室、
４８……ピストン、５６，１０６，１３０，２０
０，２１４……ベロー、５８，１０８，１３２，
２０４，２１８……密封プレート、４２，１５
４，２３２……制御装置、１１２……環状挿入
材、１１４……入口内径、１１６……出口内径、
１２０，１２１……逆止弁、１９２，１９４，２
０６，２０８……分岐管、１９６，２１０……主
導管、２２４……揺動杆。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 気密チヤンバーを画定する手段と、前記チヤ
    ンバー内に配置された電解膜とを含み、そして前
    記膜は第１の表面と、それに実質的に平行な第２
    の表面を有し、前記第１の表面により一部分境界
    付けられた第１の隔室と、前記第２の表面により
    一部分境界付けられた第２の隔室を形成するよう
    に前記気密チヤンバー内に固定されており、前記
    第１の膜表面に接して配置された第１の透過性の
    電極と前記第２の膜表面に接して配置された第２
    の透過性の電極を有しており、前記隔室は、前記
    電極において還元／酸化反応を起こし、前記膜を
    通して輸送されるイオンを生ずるように気相中に
    存在し、電気化学的に可逆活性な物質を含んでお
    り、さらに、前記電極の一つにおいて前記電気化
    学的に活性な物質をイオン化し、前記膜を通して
    前記第１の隔室から第２の隔室へ、前記隔室の１
    つの中の圧力増加と、他の隔室中の圧力の縮少を
    来たすイオンを輸送するように前記膜を通して前
    記電極間に定方向電流を生じるために前記電極に
    接続された電流誘起手段と、圧力変化を機械的運
    動に変換するため少なくとも前記隔室の１つに連
    結された変換手段と、前記膜を通したイオン輸送
    の方向を周期的に反転させる前記電流の極性を周
    期的に反転させるための手段とから成る原動機。 ２ 前記記密チヤンバーを画定する手段に固定さ
    れ、前記第１の隔室と連絡した内側端と前記気密
    チヤンバーの外部の外側端を有した中空の円筒状
    部材と、移動のために前記中空円筒部材内に配置
    されたピストンと、前記円筒部材が、前記第１の
    隔室中の圧力の縮少に応じて前記内側端部の方へ
    移動し、前記第１の隔室中の圧力の増加に応じて
    前記外側端部の方へ移動するように、前記ピスト
    ンと前記円筒部材の間にすべり気密シールを形成
    するための手段を含む特許請求の範囲第１項に記
    載された原動機。 ３ 前記変換手段が、前記気密チヤンバーを画定
    する手段の一部に不透過性の柔軟な材料を含み、
    前記柔軟材料は、前記第１の隔室中の圧力増加に
    応じて外側に膨張し、前記第１の隔室中の圧力減
    少に応じて内側に縮退するものである特許請求の
    範囲第１項に記載された原動機。 ４ 前記柔軟材料は、複数のひだと前記気密チヤ
    ンバーから離れた開口と、前記開口と密閉関係に
    展張された不透過性の密封プレートとを画成し、
    それによつて前記密封プレートは、その中の圧力
    増加と圧力減少に応じて、前記気密チヤンバーの
    方へおよび該気密チヤンバーから離れて動くよう
    になつているベロー構造を限定している特許請求
    の範囲第３項記載の原動機。 ５ 前記変換手段は、前記第１の隔室内に配置さ
    れ、前記第１の隔室の中にポンプ室を限定する不
    透過性の変形壁と、前記ポンプ室への入口通路を
    形成する手段と、前記ポンプ室への出口通路を形
    成する手段を含み、それにより前記ポンプ室と前
    記通路内の流体が、前記第１の隔室中の圧力変化
    に応じた圧力変化を受けるようになつている特許
    請求の範囲第１項記載の原動機。 ６ 前記ポンプ室の対向する先端上に前記通路内
    に配置された入口および出口逆止弁を含み、前記
    逆止弁は、前記ポンプ室中の流体が、前記電流誘
    起手段の周期的な極性の反転に応じて前記入口通
    路から前記出口通路へポンプされるように前記入
    口通路から前記出口通路へのみの流体流れを供給
    するようになつている特許請求の範囲第５項に記
    載された原動機。 ７ 前記電気化学的活物質が、水素と水素から構
    成されたレドツクス対を含む特許請求の範囲第１
    項記載の原動機。 ８ 前記電気化学的活物質が、酸素と水から構成
    されたレドツクス対を含む特許請求の範囲第１項
    記載の原動機。 ９ 前記電気化学的活物質が、ハロゲンとハロゲ
    ン化水素酸から構成されたレドツクス対を含む特
    許請求の範囲第１項記載の原動機。 １０ 気密チヤンバーを画成する手段と、膜の間
    に第１の隔室を、この第１の隔室に対向する一方
    の前記膜の一側面に接して第２の隔室をまた前記
    第１の隔室に対向する他方の前記膜の一側面に接
    して第３の隔室を形成するように間隔をあけて前
    記チヤンバー内に配置された少くとも２枚の電解
    膜であつて、この膜は、各前記隔室の境界に表面
    を有し、前記隔室が気相中に存在し、前記電極に
    おいて還元／酸化反応に関与して前記膜を通して
    輸送可能なイオンを生じるように電気化学的に可
    逆活性である電気化学的に活性な物質を含有して
    いるような少なくとも２つの電解膜と、各前記表
    面上に配置された透過性の電極と、前記膜を横切
    つて電圧勾配を設定し、その電圧勾配設定手段
    が、第１の極性において前記膜を通して前記第
    ２，第３の隔室から前記第１の隔室へイオンを輸
    送し、第２の極性において前記膜を通して前記第
    １の隔室から前記第２，第３の隔室へイオンを輸
    送するような勾配を設定するために適合されてい
    るように前記電極に接続された手段と、前記第１
    の隔室と連絡して前記ケーシングに取付けられた
    第１の導管と、前記第２，第３の隔室の少なくと
    も１つと連絡して前記ケーシングに取付けられた
    第２の導管と、前記各導管に前記気密チヤンバー
    から離れて接続された第１と第２の気密の膨張性
    チヤンバーとを含み、そして、前記膨張性チヤン
    バーは、それらが連結された隔室内の圧力の増加
    に応じて膨張し、それらが連結された隔室内の圧
    力の減少に応じて収縮するようになされており、
    さらに、前記膨張性チヤンバーの少なくとも１つ
    に、膨張および収縮を機械的運動に変換するため
    に接続された手段と、から成る原動機。 １１ 前記電圧勾配設定手段は、電源と、前記電
    極に前記電源を接続するための手段と、前記電源
    の出力極性を周期的に反転するための手段を含む
    特許請求の範囲第１０項記載の原動機。 １２ 前記膨張性チヤンバーは、複数のひだと、
    前記導管から離れた開口と、前記開口を密封関係
    に伸縮する不透過性の密閉板を含み、それにより
    密閉板が連結された隔室内の圧力減少および圧力
    増加に応じて前記導管の方へ、そして導管から離
    れて動くようになつている特許請求の範囲第１０
    項に記載された原動機。 １３ 前記第２の隔室が、前記第１の隔室から離
    れた境界と、前記境界は、第３の電解膜により限
    定されており、および、前記第２の隔室から反対
    の前記第３の膜の面と接して第４の隔室を形成す
    る手段と、前記第３の膜は前記電圧勾配設定手段
    における極性反転に応じて前記第１の隔室内の圧
    力変化に相応した前記第４の隔室内の圧力変化を
    もたらすように前記電力勾配設定手段に接続され
    る気体透過性電極を有しており、さらに、前記第
    ４の隔室内の圧力変化が、前記第１の隔室内の圧
    力変化に付加するために前記第４の隔室と前記第
    １の導管を連絡する分岐管とを有した特許請求の
    範囲第１０項記載の原動機。
JP57198822A 1981-11-12 1982-11-12 電気化学的原動機 Granted JPS5891380A (ja)

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JPH0454069B2 true JPH0454069B2 (ja) 1992-08-28

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