JP2803163B2 - Infusion pump - Google Patents

Infusion pump

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JP2803163B2
JP2803163B2 JP1130900A JP13090089A JP2803163B2 JP 2803163 B2 JP2803163 B2 JP 2803163B2 JP 1130900 A JP1130900 A JP 1130900A JP 13090089 A JP13090089 A JP 13090089A JP 2803163 B2 JP2803163 B2 JP 2803163B2
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electrochemical cell
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infusion pump
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雄耕 藤田
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日本電池株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は液体、特に薬液を微量ずつ、しかも精度よく
供給するための輸液ポンプ、さらに詳しくは、電気化学
的な手法を用いた輸液ポンプに関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an infusion pump for supplying a liquid, particularly a chemical solution, in small amounts and with high precision, and more particularly to an infusion pump using an electrochemical method. is there.

従来の技術 近年、薬液を微量ずつ、しかも精度よく人体に注入す
るために各種輸液ポンプが使用されるようになってき
た。
2. Description of the Related Art In recent years, various infusion pumps have been used to inject a small amount of a drug solution into a human body with high accuracy.

従来の輸液ポンプは、その方式の違いによってシリン
ジポンプ,ベリスタルティック(ロータ式)ポンプ,フ
ィンガーポンプ,ベローズポンプの4種類に分類され
る。これらの内、ペローズポンプ以外のものは、いずれ
も薬液を押し出すための駆動源としてステッピングモー
タ,ロータリソレノイドモータ、あるいは直流モータな
どのモータを使い、薬液の吐出量の複雑な制御機構を採
用しているために、その重量および寸法とも一般に大き
すぎるし、また、高価であるために、病院のベッドサイ
ドで使われるのが普通であり、携帯用あるいは使い捨て
型にするには不向きである。また、ベローズポンプはフ
レオンガスの気化圧を利用してベローズを押し、それに
よって薬液を吐出させる方式のものであるが、フレオン
ガスの気化圧を制御することが難しく、特に微量の薬液
を長時間かけて注入する場合には、その注入精度に問題
がある。
Conventional infusion pumps are classified into four types: syringe pumps, beristaltic (rotor type) pumps, finger pumps, and bellows pumps, depending on the type of the infusion pump. Of these, those other than the bellows pump use a motor such as a stepping motor, a rotary solenoid motor, or a DC motor as a drive source for pushing out the chemical solution, and employ a complicated control mechanism for the discharge amount of the chemical solution. As a result, their weight and size are generally too large, and because of their high cost they are commonly used at hospital bedsides, making them unsuitable for portable or disposable use. In addition, the bellows pump uses a vaporization pressure of the freon gas to press the bellows, thereby discharging the chemical solution.However, it is difficult to control the vaporization pressure of the freon gas. In the case of injection, there is a problem in the injection accuracy.

一方、近年、新しい方式として、電気化学的輸液ポン
プが提案されている。(H,J,R,マゲット、米国特許第4,
522,698号)。この電気化学的輸液ポンプは電解質とし
て機能する含水されたイオン交換膜の両面に多孔性のガ
ス拡散電極を接合した電気化学セルの陽極に水素を供給
し、陽・陰両極間に直流電流を通電したときに起る次の
ような電気化学反応を利用するものである。
On the other hand, in recent years, an electrochemical infusion pump has been proposed as a new system. (H, J, R, Mugget, U.S. Pat.
522,698). This electrochemical infusion pump supplies hydrogen to the anode of an electrochemical cell in which a porous gas diffusion electrode is joined to both sides of a water-containing ion exchange membrane that functions as an electrolyte, and a direct current flows between the positive and negative electrodes. It utilizes the following electrochemical reaction that occurs when the reaction occurs.

陽極:H2→2H++2e- (1) 陰極:2H++2e-→H2 (2) すなわち、陽極および陰極の背面にそれぞれ密閉され
た気体室を設けると、陽極気体室は減圧になり、陰極気
体室は加圧状態になる。つまり、この電気化学セルは減
圧機構と加圧機構の双方をもっていることになる。従っ
て、この電気化学セルの極性を交互に反転すれば、一方
の電極が陽極になったり、陰極になったりすると同時
に、一方の気体室が減圧状態になったり、加圧状態にな
ったりする。そして、その一方の気体室の先にピストン
を取り付ければ、気体室の減圧と加圧の繰り返しによっ
てピストンが前後退し、そのピストンの先を液体リザー
バと連絡させておけば、ピストンが後退したときに液体
の吸引が起こり、ピストンが前進したときに液体が吐出
される。
Anode: H 2 → 2H + + 2e - (1) cathode: 2H + + 2e - → H 2 (2) i.e., providing each sealed gas chamber on the back of the anode and the cathode, the anode gas chamber becomes vacuum, The cathode gas chamber is pressurized. That is, this electrochemical cell has both a pressure reducing mechanism and a pressure increasing mechanism. Accordingly, if the polarity of the electrochemical cell is alternately reversed, one of the electrodes becomes an anode or a cathode, and at the same time, the other gas chamber becomes a depressurized state or a pressurized state. Then, if a piston is attached to the tip of one of the gas chambers, the piston moves back and forth by repeating decompression and pressurization of the gas chamber, and if the tip of the piston is connected to the liquid reservoir, when the piston retreats The liquid is sucked, and the liquid is discharged when the piston advances.

また、この電気化学セルの反応気体として、水素の代
りに酸素または空気を利用することも可能であり、この
場合には 陽極:2H2O→O2+4H++4e- (3) 陰極:O2+4H++4e-→2H2O (4) なる反応が起こる。
It is also possible to use oxygen or air instead of hydrogen as the reaction gas of this electrochemical cell. In this case, anode: 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e (3) Cathode: O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O (4) made reaction occurs.

いずれにしても、これらの電気化学的輸液ポンプは気
体の圧力および移動量(一方の電極側から他方の電極側
への)を電気化学セルに通電する電流値によって極めて
精密に制御できるし、一般に小型になるし、電源も電池
が用いられるので、特に携帯型として優れているという
特長を持つ。
In any case, these electrochemical infusion pumps can control gas pressure and the amount of movement (from one electrode side to the other electrode side) very precisely by the current value flowing through the electrochemical cell, and in general, Since it is small in size and uses a battery as a power source, it is particularly excellent as a portable type.

上述の系で気体として水素を用いた場合には、1Ahに
付き0℃,1気圧に換算して、420mlの水素が移動し、酸
素の場合には210mlが移動する。
When hydrogen is used as a gas in the above-described system, 420 ml of hydrogen is transferred in terms of 0 ° C. and 1 atm per 1 Ah, and 210 ml is transferred in the case of oxygen.

発明が解決しようとする課題 上述の米国特許で提案された輸液ポンプの決定的な問
題点は、電気化学セルのひとつの電極を交互に極性を反
転させることによって、陽極としても陰極としても作動
させている点にある。すなわち、上述の気体を一方の電
極側から他方の電極側へ電気化学的に移動させる反応系
では、気体を消費する電極(水素を反応物質として用い
る場合には陽極、酸素を用いる場合には陰極)反応と気
体が発生する電極(水素を用いた場合には陰極、酸素を
用いた場合には陽極)反応とが起こるが、両反応の形態
は本質的に異なり、一方の電極の最適な材料および構造
と他方の電極に最適な材料および構造とは両立し難く、
ひとつの電極に気体を消費する機能と気体を発生する機
能の双方を付与しょうとすると、反応を首尾よく進ませ
ることと寿命のいずれかを犠牲にせざるを得ないという
問題に逢着する。
The critical problem of the infusion pump proposed in the above mentioned U.S. patent is that one electrode of the electrochemical cell can be operated as both an anode and a cathode by alternately reversing the polarity. It is in the point. That is, in a reaction system in which the above-mentioned gas is electrochemically transferred from one electrode side to the other electrode side, a gas-consuming electrode (an anode when hydrogen is used as a reactant, and a cathode when oxygen is used). ) A reaction and an electrode that generates gas (a cathode when using hydrogen, an anode when using oxygen) occur, but the forms of both reactions are essentially different, and the optimal material for one electrode is And it is difficult to balance the structure and the material and structure that are optimal for the other electrode,
If one electrode is to be provided with both gas-consuming and gas-generating functions, one encounters the problem of having to sacrifice either a successful reaction or a longevity.

課題を解決するための手段 本発明は気体の消費反応のみを目的とした電極と、気
体の発生反応のみを目的とした電極とを備える電気化学
セルを2組用意し、その内の1組に加圧機能のみを付与
し、他の1組に減圧機能のみを付与するようにすること
によって、上述の問題点を解決せんとするものである。
Means for Solving the Problems The present invention prepares two sets of electrochemical cells each including an electrode intended only for a gas consumption reaction and an electrode intended only for a gas generation reaction. The above-described problem is not solved by providing only the pressurizing function and providing only the other set with the depressurizing function.

作 用 前述の(1)式による水素の消費反応あるいは(4)
式による酸素の消費反応に最適な電極は、いわゆるガス
拡散電極といわれ、触媒粉末とフッ素樹脂等の撥水性結
着剤で結着して製作されるのが普通である。これは、気
体の消費反応は電極と気体と水和したイオン交換基との
接点で起こるため、電極は適度な親水性と適度な撥水性
をもっている必要があるからである。また、結着剤は電
解質としてのイオン交換膜に電極を接合するために必須
である。触媒粉末としては(1)式による水素消費反応
用には白金族金属の粉末あるいはカーボン粉末に白金族
金属を担持したものが好適であり、(4)式による酸素
消費反応用には、これらの水素消費用に適した触媒も用
いられるが、その他、金属を担持しないカーボン,ポル
フィリン,ランタンストロンチウムコバルタイト(La1-
xSrxCoO3)なども適している。ただ、カーボンを用いた
場合には、電極の中にイオン交換樹脂を混入することが
必須である。
The hydrogen consumption reaction according to the above equation (1) or (4)
The electrode most suitable for the oxygen consumption reaction according to the formula is called a gas diffusion electrode, and is usually manufactured by binding with a catalyst powder and a water-repellent binder such as fluororesin. This is because the gas consumption reaction occurs at the contact point between the electrode and the gas and the hydrated ion exchange group, so that the electrode needs to have appropriate hydrophilicity and appropriate water repellency. In addition, a binder is indispensable for bonding an electrode to an ion exchange membrane as an electrolyte. As the catalyst powder, a powder of a platinum group metal or a powder obtained by supporting a platinum group metal on carbon powder for the hydrogen consumption reaction according to the formula (1) is preferable. Catalysts suitable for hydrogen consumption are also used, but other metals such as carbon, porphyrin, lanthanum strontium cobaltite (La 1-
xSrxCoO 3 ) is also suitable. However, when carbon is used, it is essential to mix an ion exchange resin in the electrode.

一方、前述の(2)式による水素の発生反応あるいは
(3)式による酸素の発生反応に適した電極は、いわゆ
る無電解メッキ法でイオン交換膜に一体に接合した形で
用いる白金族金属からなる多孔性電極か、開口部のある
スクリーン金属電極(網状もしくはエキスパンデッドメ
タル)である。
On the other hand, an electrode suitable for the reaction for generating hydrogen according to the above-mentioned formula (2) or the reaction for generating oxygen according to the above-mentioned formula (3) is made of a platinum group metal used in a form integrally joined to an ion exchange membrane by a so-called electroless plating method. Or a screen metal electrode (net-like or expanded metal) having an opening.

気体発生電極の場合には上述のガス拡散電極の場合のよ
うに、反応サイトが微妙でなく、イオン交換膜と電極と
の接点でのみ反応が起こるので、特に撥水性が必要とさ
れないばかりか、イオン交換膜への含水を気体発生電極
の細孔部あるいは開口部から行おうとするときには、電
極の撥水性はむしろ障害となる。
In the case of the gas generating electrode, as in the case of the gas diffusion electrode described above, the reaction site is not delicate, and the reaction occurs only at the contact point between the ion exchange membrane and the electrode, so that not only water repellency is not particularly required, When attempting to impregnate the ion exchange membrane with water from the pores or openings of the gas generating electrode, the water repellency of the electrode is rather an obstacle.

前述の米国特許のように、電気化学セルの陰極と陽極
の双方に同一の材料と構造の電極を用いると、次のよう
な問題が起こる。例えば、上述のような気体の消費反応
に最適な電極を用いた場合、先ず、その高い撥水性の故
にイオン交換膜への水の浸透が進みにくいし、また、逆
に電気化学セルの作動中に水が蒸発しやすいために、イ
オン交換膜の導電性が劣るという問題があるし、第2
に、極性を交互に反転させて気体の消費電極としたり、
気体の発生電極としたりする間に、電極とイオン交換膜
の界面で発生する気体に押されて、電極のイオン交換膜
からの剥離が起こりやすいし、第3に、特に、反応物質
として酸素を用いると、気体発生反応過程で電極の酸化
のために寿命が短くなる(この傾向は、特に電極材料と
してカーボン粉末を用いたときに顕著となる)。
The use of the same material and structure for both the cathode and anode of an electrochemical cell, as in the aforementioned U.S. Pat. For example, when an electrode optimal for the gas consumption reaction as described above is used, firstly, it is difficult for water to permeate the ion exchange membrane due to its high water repellency, and conversely, during operation of the electrochemical cell. In addition, there is a problem that the conductivity of the ion-exchange membrane is inferior because water is easily evaporated.
In addition, the polarity is alternately reversed to make a gas consuming electrode,
While being used as a gas generating electrode, the gas generated at the interface between the electrode and the ion-exchange membrane is likely to be separated from the ion-exchange membrane due to the gas generated at the interface between the electrode and the ion-exchange membrane. If used, the life is shortened due to the oxidation of the electrode during the gas generation reaction process (this tendency is particularly remarkable when carbon powder is used as the electrode material).

また、陰極と陽極の双方に上述のような気体の発生反
応に最適な電極を用いた場合には気体の消費反応が全く
進まないか、進むとしても、その反応速度が極めて遅
い。換言すると、作動電流密度を低くさぜるを得ないの
で、それだけ電極面積を大きくせざるを得なくなる。
In addition, when the electrodes optimal for the gas generation reaction as described above are used for both the cathode and the anode, the gas consumption reaction does not proceed at all, or even if it proceeds, the reaction speed is extremely slow. In other words, since the operating current density must be reduced, the electrode area must be increased accordingly.

以上詳述するように、従来法のように、ひとつの電気
化学セルで極性を周期的に反転させて、減圧状態と加圧
状態をつくり出すことはあまりにも問題が多い。
As described in detail above, there is too much problem in creating a depressurized state and a pressurized state by periodically inverting the polarity in one electrochemical cell as in the conventional method.

なお、前述の米国特許には複数の電気化学セルを用い
ることも記載されているが、それは電気化学的な気体の
移動量を増やすためのものであって、極性を周期的に反
転させるという作動方法を採用している点では変わりが
ない。
The above-mentioned U.S. Patent also describes the use of a plurality of electrochemical cells, but this is to increase the amount of movement of the electrochemical gas, and the operation of periodically inverting the polarity is performed. There is no difference in adopting the method.

これに対して、本発明のように、先ず、電気化学セル
を気体の消費反応に適した電極と気体の発生反応に適し
た電極とで構成し、この様な電気化学セルを2組用意
し、いずれの極性も反転させることなく、その内の1組
をピストンを前進させるための加圧系にのみ用い、他の
1組をピストンを後退させるための減圧系にのみ用いれ
ば、気体の電気化学的移動反応が充分速く、従ってま
た、2組の電気化学セルを用いても、1組の電気化学セ
ルによって極性を反転させる場合より、かえって輸液ポ
ンプが小型になるし、電気化学セルの寿命も充分長くな
る。
On the other hand, as in the present invention, first, the electrochemical cell is composed of an electrode suitable for a gas consuming reaction and an electrode suitable for a gas generating reaction, and two such electrochemical cells are prepared. Without reversing any polarity, if one set of them is used only for the pressurizing system for moving the piston forward and the other set is used only for the depressurizing system for moving the piston backward, gas The chemical transfer reaction is fast enough, so that even with two sets of electrochemical cells, the infusion pump is smaller and the life of the electrochemical cells is smaller than when the polarity is reversed by one set of electrochemical cells. Is also long enough.

なお、本発明の輸液ポンプにおいては、第1電気化学
セル部の気体発生電極室と第2電気化学セル部のガス拡
散電極室とピストン式輸液手段の気体室は連通してい
る。また、第1電気化学セル部のガス拡散電極室と第2
電気化学セル部の気体発生電極室から形成される部室に
は気体の圧力の緩衝器としてのベローズを設けた方がよ
いが、特になくてもよい場合もある。他方、空気を反応
物質として用いる場合には、加圧のための電気化学セル
の陰極側を大気に開放し、減圧のための電気化学セルの
陽極側を大気に開放し、陽極から発生する酸素は大気に
放出するようにしてもよい。
In the infusion pump of the present invention, the gas generating electrode chamber of the first electrochemical cell section, the gas diffusion electrode chamber of the second electrochemical cell section, and the gas chamber of the piston type infusion means communicate with each other. In addition, the gas diffusion electrode chamber of the first electrochemical cell section and the second
It is better to provide a bellows as a gas pressure buffer in the chamber formed from the gas generating electrode chamber of the electrochemical cell unit, but it may not be necessary in some cases. On the other hand, when air is used as the reactant, the cathode side of the electrochemical cell for pressurization is opened to the atmosphere, the anode side of the electrochemical cell for depressurization is opened to the atmosphere, and oxygen generated from the anode is released. May be released to the atmosphere.

また、電気化学セル部とピストンを含む注射筒部とは
一体にしてもよいし、あるいは輸液ポンプの不使用時に
は分離しておき、使用時に合体できるような構造にする
ことも可能である。
In addition, the electrochemical cell section and the injection cylinder section including the piston may be integrated, or may be separated when the infusion pump is not used, and may be configured to be combined when used.

実施例1 第1図は本発明の第1の実施例にかかる水素を反応物
質とした電気化学的輸液ポンプの断面構造を示す。
Embodiment 1 FIG. 1 shows a sectional structure of an electrochemical infusion pump using hydrogen as a reactant according to a first embodiment of the present invention.

輸液ポンプは大別すると第1電気化学セル部1、第2
電気化学セル部2、注射筒部3、液体リザーバ4及びベ
ローズ5から構成されている。
The infusion pump can be roughly divided into the first electrochemical cell unit 1, the second
It is composed of an electrochemical cell part 2, a syringe barrel part 3, a liquid reservoir 4, and a bellows 5.

第1電気化学セル部1は第1セル枠体6、第1セル本
体7、気体発生電極室41および水素と水の第1注入口8
から構成され、さらに、第1セル本体7は陽極9、イオ
ン交換膜10および陰極11から構成されている。第2電気
化学セル部2は第2セル枠体12、第2セル本体13、ガス
拡散電極室42および水素と水の第2注入口14から構成さ
れ、さらに、第2セル本体13は第1セル本体7と全く同
様の構成、すなわち、陽極9′、イオン交換膜10′およ
び陰極11′から構成されている。
The first electrochemical cell unit 1 includes a first cell frame 6, a first cell body 7, a gas generating electrode chamber 41, and a first inlet 8 for hydrogen and water.
Further, the first cell main body 7 includes an anode 9, an ion exchange membrane 10, and a cathode 11. The second electrochemical cell unit 2 includes a second cell frame 12, a second cell body 13, a gas diffusion electrode chamber 42, and a second inlet 14 for hydrogen and water. The configuration is exactly the same as that of the cell main body 7, that is, it comprises an anode 9 ', an ion exchange membrane 10' and a cathode 11 '.

注射筒部3は外筒15,内筒16,吐液口17,注液用弁18か
ら構成されている。液体リザーバ4には液体が収納さ
れ、液体リザーバ用弁19を介して注射筒部3に連絡され
ている。第1電気化学セル部の気体発生電極室と第2電
気化学セル部のガス拡散電極室とピストン式輸液手段の
気体室は連通しており、水素で満たされている。いる。
また第1電気化学セル部のガス拡散電極室と第2電気化
学セル部の気体発生電極室から形成した部室にはベロー
ズ5がとりつけられており、水素で満たされている。
The injection tube part 3 includes an outer tube 15, an inner tube 16, a discharge port 17, and a liquid injection valve 18. Liquid is stored in the liquid reservoir 4, and is connected to the syringe barrel 3 via a liquid reservoir valve 19. The gas generating electrode chamber of the first electrochemical cell section, the gas diffusion electrode chamber of the second electrochemical cell section, and the gas chamber of the piston-type infusion means communicate with each other and are filled with hydrogen. I have.
A bellows 5 is attached to a chamber formed from the gas diffusion electrode chamber of the first electrochemical cell section and the gas generating electrode chamber of the second electrochemical cell section, and is filled with hydrogen.

第1セル本体7および第2セル本体13は次のようにし
て製作される。すなわち、先ず、パーフルオロカーボン
スルフォン酸からなるイオン交換膜10,10′の片面に、
いわゆる無電解メッキ法により白金からなる陰極11,1
1′を接合し、次いで、他面に10%の白金を担持した活
性炭粉末と結着剤としてのポリテトラフルオロエチレン
とパーフルオロカーボンスルフォン酸の低級脂肪族アル
コールと水の混合溶媒溶液との混合物をホットプレスし
て陽極9,9′を接合する。
The first cell body 7 and the second cell body 13 are manufactured as follows. That is, first, on one side of the ion exchange membranes 10 and 10 'made of perfluorocarbon sulfonic acid,
Cathode 11,1 made of platinum by so-called electroless plating
1 'is joined, and then a mixture of activated carbon powder carrying 10% platinum on the other side, a polytetrafluoroethylene as a binder, a lower aliphatic alcohol of perfluorocarbonsulfonic acid, and a mixed solvent solution of water is used. The anodes 9, 9 'are joined by hot pressing.

このような構造の電気化学的輸液ポンプは次のように
して作動する。すなわち、先ず、第1電気化学セル部1
の第1注入口8および第2電気化学セル部2の第2注入
口14から水素および水を注入し、それぞれの注入口を閉
じる。この操作によって、連通した第1電気化学セル部
の気体発生電極室と第2電気化学セル部のガス拡散電極
室とピストン式輸液手段の気体室は水素で満たされる。
また、第1電気化学セル部のガス拡散電極室と第2電気
化学セル部の気体発生電極室から形成した部室も水素で
満たされる。水が多孔性であり、かつ親水性である陰極
11,11′の細孔を通じてイオン交換膜10,10′に浸透す
る。
The electrochemical infusion pump having such a structure operates as follows. That is, first, the first electrochemical cell unit 1
Hydrogen and water are injected from the first injection port 8 of the first embodiment and the second injection port 14 of the second electrochemical cell unit 2, and the respective injection ports are closed. By this operation, the gas generating electrode chamber of the first electrochemical cell unit, the gas diffusion electrode chamber of the second electrochemical cell unit, and the gas chamber of the piston type infusion means which are communicated with each other are filled with hydrogen.
Further, a chamber formed from the gas diffusion electrode chamber of the first electrochemical cell section and the gas generation electrode chamber of the second electrochemical cell section is also filled with hydrogen. Cathode in which water is porous and hydrophilic
It permeates the ion exchange membranes 10 and 10 'through the pores of 11 and 11'.

次に、第1電気化学セル部1の陽極9と陰極11との間
に直流電流を通電すると(なお、この間には第2電気化
学セル部2には通電しない)陽極9の背面(図の左側)
の水素が消費されると同時に、陰極11から水素が発生
し、加圧され、ピストン16を押し、注射筒部3内の液体
が注液用弁18を経て吐出口17から吐出される。なお、こ
の間に陽極9の背面側は減圧となり、ベローズ5が縮
む。
Next, when a direct current is applied between the anode 9 and the cathode 11 of the first electrochemical cell unit 1 (while the second electrochemical cell unit 2 is not energized during this time), the back surface of the anode 9 (see FIG. left)
At the same time as the hydrogen is consumed, hydrogen is generated from the cathode 11, pressurized and pushes the piston 16, and the liquid in the syringe barrel 3 is discharged from the discharge port 17 through the injection valve 18. During this time, the pressure on the back side of the anode 9 is reduced, and the bellows 5 shrinks.

次に、第1電気化学セル部1への通電を休止し、代り
に第2電気化学セル部2の陽極9′と陰極11′との間に
直流電流を通電すると、陽極9′で水素が消費され、陰
極11′で水素が発生する。つまり、陽極9′の背面(図
の右側)の水素の圧力が低下し、ピストン16が後退(図
の左側に移動)し、液体リザーバ用弁19が開き(この間
には注液用弁18は閉じている)、液体リザーバ4の中の
液体が注射筒部3内に吸引される。また、この間には、
陰極11′の背面の系は加圧状態となり、ベローズ5が膨
らむ。
Next, when the power supply to the first electrochemical cell unit 1 is stopped and a direct current is applied between the anode 9 'and the cathode 11' of the second electrochemical cell unit 2, hydrogen is supplied to the anode 9 '. It is consumed and hydrogen is generated at the cathode 11 '. That is, the pressure of hydrogen on the back surface of the anode 9 ′ (right side in the figure) decreases, the piston 16 moves backward (moves to the left side in the figure), and the liquid reservoir valve 19 opens (in the meantime, the liquid injection valve 18 (Closed), the liquid in the liquid reservoir 4 is sucked into the syringe barrel 3. Also, during this time,
The system on the back side of the cathode 11 'is pressurized, and the bellows 5 expands.

このように、第1電気化学セル部1はピストン16を前
進させるためにのみ使用され、第2電気化学セル部2は
ピストン16を後退させる目的にのみ使用される。これら
の操作は1回のみでもよいし、繰り返してもよい。
Thus, the first electrochemical cell part 1 is used only for moving the piston 16 forward, and the second electrochemical cell part 2 is used only for moving the piston 16 backward. These operations may be performed only once or may be repeated.

実施例2 実施例1において、第1電気化学セル部1および第2
電気化学セル部2に水素を注入する代りに酸素を注入
し、陽極9,9′を陰極とし、陰極11,11′を陽極とすると
酸素を反応物質とする輸液ポンプになる。
Example 2 In Example 1, the first electrochemical cell unit 1 and the second
When injecting oxygen instead of injecting hydrogen into the electrochemical cell section 2 and using the anodes 9, 9 'as cathodes and the cathodes 11, 11' as anodes, an infusion pump using oxygen as a reactant is obtained.

実施例3 第2図は本発明の第3の実施例にかかる空気を反応物
質とした電気化学的輸液ポンプの電気化学セル部の断面
構造を示す。
Embodiment 3 FIG. 2 shows a sectional structure of an electrochemical cell part of an electrochemical infusion pump using air as a reactant according to a third embodiment of the present invention.

電気化学セル部は第1電気化学セル20と第2電気化学
セル21とから構成される。
The electrochemical cell section includes a first electrochemical cell 20 and a second electrochemical cell 21.

第1電気化学セル20は第1セル枠体22と第1セル本体
23と空気導入口24と第1注入口25とから構成され、第1
セル本体23は実施例1で述べた陽極と全く同一の材料と
構造からなる陰極26とイオン交換膜27とエキスパンデッ
ドチタンに白金メッキを施した陽極28とから構成され
る。
The first electrochemical cell 20 includes a first cell frame 22 and a first cell body.
23, an air inlet 24, and a first inlet 25.
The cell body 23 is composed of a cathode 26 made of exactly the same material and structure as the anode described in the first embodiment, an ion exchange membrane 27, and an anode 28 of expanded titanium plated with platinum.

第2電気化学セル21は第2セル枠体29と第2セル本体
30と酸素放出口31と第2注入口32とから構成され、第2
セル本体30は第1セル本体23と全く同様な陰極26′とイ
オン交換膜27′と陽極28′とから構成される。
The second electrochemical cell 21 includes a second cell frame 29 and a second cell body.
30, an oxygen discharge port 31, and a second injection port 32.
The cell body 30 includes a cathode 26 ', an ion exchange membrane 27', and an anode 28 ', which are completely the same as the first cell body 23.

第1電気化学セル部20のガス拡散電極室43と第2電気
化学セル部の気体発生電極室44とピストン式輸液手段の
気体室(図では省略している)は連通している。
The gas diffusion electrode chamber 43 of the first electrochemical cell section 20, the gas generating electrode chamber 44 of the second electrochemical cell section, and the gas chamber (not shown) of the piston type infusion means are in communication.

この電気化学セルの作動は次のようにして行う。すな
わち、先ず、第1注水口25および第22注水口32から水を
それぞれ注入し、しかるのちに閉じる。次に、第1電気
化学セル20の陰極26と陽極28との間に直流電流を通電す
ると、空気導入口24から導入された空気中の酸素が陰極
26で消費され、陽極28で酸素が発生する。この酸素が注
射筒(図の右側に連結される)のピストンを前進させ
る。この間には第2電気化学セル21は作動を休止してい
る。次に、第1電気化学セル20を休止し、第2電気化学
セル21に直流電流を供給すると、陰極26′の背面(右
側)にある酸素が陰極26′で消費反応に与かり、陰極2
6′の背面側の系が減圧となり、ピストンを後退させ
る。なお、この間に陽極28′から発生する純酸素は酸素
放出口31を経て大気中に放出される。従って、この場合
には実施例1で述べたようなベローズは不要となる。
The operation of this electrochemical cell is performed as follows. That is, first, water is injected from the first water inlet 25 and the twenty-second water inlet 32, respectively, and then closed. Next, when a direct current is applied between the cathode 26 and the anode 28 of the first electrochemical cell 20, oxygen in the air introduced from the air inlet 24 is
It is consumed at 26 and oxygen is generated at the anode 28. This oxygen advances the piston of the syringe barrel (connected to the right side of the figure). During this time, the operation of the second electrochemical cell 21 is stopped. Next, when the first electrochemical cell 20 is stopped and a direct current is supplied to the second electrochemical cell 21, oxygen on the back (right side) of the cathode 26 'is consumed by the cathode 26' for the consumption reaction, and the cathode 2 '
The system on the back side of 6 'is depressurized, and the piston is retracted. During this time, pure oxygen generated from the anode 28 'is released to the atmosphere via the oxygen outlet 31. Therefore, in this case, the bellows as described in the first embodiment becomes unnecessary.

効 果 実施例1で得られた輸液ポンプをAとし、実施例1に
おいて、電気化学セル部を1組にし、陽極も陰極と同一
の材料と構造からなる電極とし、ひとつの電気化学セル
で、極性を周期的に反転させるようにした従来型の輸液
ポンプをBとし、実施例1において、陰極も陽極と同一
の材料と構造からなる電極とし、ひとつの電気化学セル
で極性を周期的に反転させるようにした従来型の輸液ポ
ンプをCとして、それぞれの輸液ポンプでピストンの前
進と後退の繰り返し試験を行なったところ、輸液ポンプ
Aは1000回の繰り返しを行なっても液体(水)の吐出量
に変化がなかったのに対し、輸液ポンプBの場合には30
0回で液体が吐出しなくなり、輸液ポンプCの場合には
1回もピストナを前進させることは出来なかった。な
お、輸液ポンプBの場合には液体が吐出しなくなってか
ら解体調査すると、陰極がイオン交換膜から剥離してい
た。輸液ポンプCの場合に全く動作しなかったのは、白
金をイオン交換膜に無電解メッキした陽極は水素の消費
反応には無効であったからである。
Effect The infusion pump obtained in Example 1 was designated as A, and in Example 1, the electrochemical cell part was made into one set, the anode was also an electrode made of the same material and structure as the cathode, and one electrochemical cell was used. B is a conventional infusion pump in which the polarity is periodically inverted, and in Example 1, the cathode is also an electrode made of the same material and structure as the anode, and the polarity is periodically inverted in one electrochemical cell. The infusion pump A was repeatedly tested for forward and backward movement of the piston with each infusion pump assuming that the conventional infusion pump was C, and the infusion pump A was able to discharge the liquid (water) even after repeating 1000 times. In the case of infusion pump B,
The liquid was not discharged at 0 times, and in the case of the infusion pump C, the piston could not be advanced even once. In the case of the infusion pump B, when the disassembly inspection was performed after the liquid stopped being discharged, the cathode was separated from the ion exchange membrane. The reason why the infusion pump C did not operate at all was that the anode in which platinum was electrolessly plated on the ion exchange membrane was ineffective for the hydrogen consumption reaction.

一方、実施例2によって得られた輸液ポンプをDと
し、実施例2において、陽極も陰極と同一の材料と構造
からなる電極とし、ひとつの電気化学セルで加圧と減圧
状態をつくり出すようにした従来型の輸液ポンプをEと
し、上述の水素の場合と同様の試験を行なったところ、
Dの場合には1000回の繰り返し試験をしても何等異常が
認められなかったのに対し、Eの場合には12回で液体が
吐出しなくなり、解体調査すると陽極のカーボンが強い
腐蝕を受けていた。
On the other hand, the infusion pump obtained in Example 2 was designated as D, and in Example 2, the anode was also an electrode made of the same material and structure as the cathode, and a pressurized and depressurized state was created with one electrochemical cell. A conventional infusion pump was designated as E, and the same test was performed as in the case of hydrogen described above.
In the case of D, no abnormality was found even after repeated tests 1000 times, whereas in the case of E, the liquid stopped discharging after 12 times, and the disassembly inspection showed that the anode carbon was strongly corroded. I was

以上、詳述せる如く本発明の輸液ポンプは、従来型に
比較してより優れた性能を示すことが瞭然としている。
As described above in detail, it is clear that the infusion pump of the present invention shows superior performance as compared with the conventional type.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の第1の実施例にかかる輸液ポンプ、第
2図は本発明の第3の実施例にかかる輸液ポンプの電気
化学セル部の断面構造を示す。 1……第1電気化学セル部 2……第2電気化学セル部 3……注射筒部、4……液体リザーバ 5……ベローズ 20……第1電気化学セル 21……第2電気化学セル 24……空気導入口、31……純酸素放出口
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of an infusion pump according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a cross-sectional structure of an electrochemical cell part of an infusion pump according to a third embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st electrochemical cell part 2 ... 2nd electrochemical cell part 3 ... Syringe part 4 ... Liquid reservoir 5 ... Bellows 20 ... 1st electrochemical cell 21 ... 2nd electrochemical cell 24 …… Air inlet, 31… Pure oxygen outlet

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第1の電気化学セルと第2の電気化学セル
とピストン式輸液手段とを備え、第1の電気化学セルは
ガス拡散電極とイオン交換膜からなる電解質と気体発生
電極とからなるセル本体とセル枠体と気体発生電極室を
有するものであり、第2の電気化学セルはガス拡散電極
とイオン交換膜からなる電解質と気体発生電極とからな
るセル本体とセル枠体とガス拡散電極室を有するもので
あり、ピストン式輸液手段はピストンで隔離された気体
室と液体室を備え、気体発生電極室とガス拡散電極室と
気体室は連通しており、第1の電気化学セルの作動によ
り発生した気体によって気体室が加圧されることにより
ピストンが液体室側に移動し、第2の電気化学セルの作
動により気体室が減圧になることによりピストンが液体
室側に移動することを特徴とする輸液ポンプ。
A first electrochemical cell, a second electrochemical cell, and a piston type infusion means, wherein the first electrochemical cell comprises a gas diffusion electrode, an electrolyte comprising an ion exchange membrane, and a gas generating electrode. A cell body, a cell frame, and a gas generating electrode chamber, and a second electrochemical cell comprises a cell body, a cell frame, and a gas comprising an electrolyte comprising a gas diffusion electrode and an ion exchange membrane, and a gas generating electrode. A piston-type infusion means having a gas chamber and a liquid chamber separated by a piston, wherein the gas generation electrode chamber, the gas diffusion electrode chamber, and the gas chamber communicate with each other; When the gas chamber is pressurized by the gas generated by the operation of the cell, the piston moves to the liquid chamber side, and when the gas chamber is depressurized by the operation of the second electrochemical cell, the piston moves to the liquid chamber side. Do Infusion pump according to claim.
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