JP5079513B2 - 機械的エネルギーを発生させる方法及びそのシステム - Google Patents
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Description
燃料電池の反応は、下記のように示すことができる。
2H2O+電気エネルギー⇔2H2+O2+電位エネルギー
様々な種類のマイクロポンプが知られている。マイクロポンプは、機械式又は非機械式のものに分類することができる。機械式マイクロポンプとしては、電気機械駆動式ピストンポンプ及び熱風駆動式蠕動ポンプが挙げられる。非機械式マイクロポンプとしては、電気流体力学マイクロポンプ及び電磁流体力学マイクロポンプが挙げられる。
図3は、本発明の一実施形態による燃料電池作動の機械的エネルギー発生装置300を示す。当該装置は、均圧装置307に連結された燃料電池304を備え、均圧装置307は水圧装置330に連結され、水圧装置330は任意選択的に機械装置340に連結されている。本明細書中に定義されるように、燃料電池、均圧装置及び水圧装置が、水を貯蔵するために「閉じた」系を形成する。すなわち稼動中は、水は閉じた系に入ることも出ることもない。
2H2O+電気エネルギー⇔2H2+O2
図4は、燃料電池作動の機械的エネルギー発生装置300の稼動を示す。初期状態361では、燃料電池304、均圧装置307、及びおそらく水圧装置330の一部は水で充填されている。電気分解状態362の間に水素及び酸素が生成され、加圧された水が燃料電池から均圧装置内、その後水圧装置内に追いやられ、機械的エネルギー365を発生させる。状態363の間に電気分解が進行するため、ガスは均圧装置に入り込むことができ、より多くの水を水圧装置内に追いやってより大きなエネルギー366を得る。
図5は、本発明の一実施形態による燃料電池作動ポンプ400を示す。ポンプは、ポート309によって隔膜ポンプ405に接続されたアクチュエータ300を備える。隔膜ポンプ405は、供給管401、供給チェックバルブ402、排出チェックバルブ406及び排出管407を備える。
図6は、機械装置506を駆動する水圧ラムとして稼動する本発明の代替的な実施形態を示す。可逆燃料電池アクチュエータ300は、圧送ポート309を介して水圧を生成する。この圧力は、水圧ラムシリンダー504の供給口503に送られる。アクチュエータ300を電気分解モードで稼動すると、内圧が増大し、水圧ラムピストン505が外側に駆動され、アクチュエータ300を燃料電池モードで稼動すると、内圧が減少し、水圧ラムピストン505を後退させる。
図9は方向制御型のポンプを示す。この実施形態では、チェックバルブが開閉バルブ700で置き換えられている。これにより、流体をいずれの方向にもポンプ輸送することができる。
エネルギー回収モードは100%効率的というわけではないため、回収の不必要な動作を行わないようにすることが好ましい。したがって、図5及び図8に示されるような2重系アクチュエータとせずに、ポンプ及びアクチュエータを環状に並べて、各アクチュエータの蓄積された電位エネルギーを環の中で隣接するアクチュエータに順方向に回す。
図11〜図13に示されるように、生体模倣ポンプについて上記した燃料電池作動ポンプを使用することができる。この特定の実施形態において、アクチュエータは、心臓等の生物学的ポンプの筋肉組織を収縮させる動作に似ている、バルブ開閉動作と排出動作とを両方とも駆動させる。この実施形態は、隔膜910にエラストマーを使用することで、バルブの開閉及びポンプ輸送の両方を組み合わせることができる。
Claims (24)
- 機械的エネルギーを発生させる方法であって、
水を燃料電池及び均圧装置に貯蔵する工程と、
該燃料電池に貯蔵された前記水を水素ガス及び酸素ガスに電気分解する工程と、
前記均圧装置に貯蔵された前記水を前記水素ガス及び前記酸素ガスで移動させる工程と、
該移動された水を水圧装置に送り、それにより該水圧装置を順方向に駆動して機械的エネルギーを生成する工程と
を含み、
前記均圧装置が、前記水素ガスを貯蔵する第1のチャンバと、前記酸素ガスを貯蔵する第2のチャンバとを備え、該第1のチャンバ及び該第2のチャンバが可撓性及び柔軟性を有するとともに不透過性の隔膜によって分離されている、機械的エネルギーを発生させる方法。 - 前記水素ガスと前記酸素ガスとを再化合し、この再化合により前記均圧装置から前記燃料電池内へ前記水を吸引し、前記水圧装置を逆方向に駆動してさらなる機械的エネルギーを生成する請求項1に記載の機械的エネルギーを発生させる方法。
- 前記電気分解する工程及び前記再化合する工程が交互に繰り返されて、連続的な機械的エネルギーを生成する請求項2に記載の機械的エネルギーを発生させる方法。
- 前記水圧装置を機械装置に連結することをさらに含む請求項1に記載の機械的エネルギーを発生させる方法。
- 前記燃料電池が、正極、正の多孔質導電体、透過性膜、負の多孔質導電体及び負極を備え、該透過性膜が可撓性及び柔軟性を有し、前記燃料電池内での均圧化を可能にする請求項1に記載の機械的エネルギーを発生させる方法。
- 前記水圧装置は、流体をポンプ輸送するために供給チェックバルブ及び排出チェックバルブに接続された隔膜ポンプである請求項1に記載の機械的エネルギーを発生させる方法。
- 前記水圧装置が水圧ラムである請求項1に記載の機械的エネルギーを発生させる方法。
- 前記燃料電池、前記均圧装置、及び前記水圧装置は、前記水を貯蔵するために閉じた系を形成する請求項1に記載の機械的エネルギーを発生させる方法。
- 前記水圧装置は生体模倣ポンプである請求項1に記載の機械的エネルギーを発生させる方法。
- 前記再化合中に生成する電位エネルギーが回収される請求項2に記載の機械的エネルギーを発生させる方法。
- 機械的エネルギーを発生させる方法であって、
第1の水を第1の燃料電池及び第1の均圧装置に貯蔵する工程と、
第2の水を第2の燃料電池及び第2の均圧装置に貯蔵する工程と、
前記第1の燃料電池に貯蔵された前記第1の水を第1の水素ガス及び第1の酸素ガスに電気分解する工程と、
前記第1の均圧装置に貯蔵された前記第1の水を前記第1の水素ガス及び前記第1の酸素ガスで移動させる工程と、
該移動された第1の水を水圧装置に送り、それにより前記水圧装置を順方向に駆動して機械的エネルギーを生成する工程と、
前記第1の水素ガスと前記第1の酸素ガスとを再化合し、この再化合により前記第1の均圧装置から前記第1の燃料電池内へ前記第1の水を吸引し、前記水圧装置を逆方向に駆動してさらなる機械的エネルギー及び電位エネルギーを生成する工程と、
前記第1の水素ガスと前記第1の酸素ガスとを再化合している間に、前記第2の燃料電池に貯蔵された前記第2の水を第2の水素ガス及び第2の酸素ガスに電気分解する工程と、
前記第2の均圧装置に貯蔵された前記第2の水を前記第2の水素ガス及び前記第2の酸素ガスで移動させる工程と、
該移動する第2の水を前記水圧装置に送り、それにより該水圧装置を順方向/逆方向に駆動して前記機械的エネルギーを生成する工程と、
前記第1の水を電気分解している間に、前記第2の水素ガスと前記第2の酸素ガスとを再化合し、この再化合により前記第2の均圧装置から前記第2の燃料電池内へ前記第2の水を吸引し、前記水圧装置を順方向/逆方向に駆動してさらなる機械的エネルギー及び電位エネルギーを生成する工程と
を含む機械的エネルギーを発生させる方法。 - 前記第1の燃料電池と前記第2の燃料電池とを熱的に接続すること、
前記第1の水素ガス及び前記第2の水素ガスを電気分解しているときに前記第1の燃料電池を加熱すること、
前記第2の水素ガス及び前記第2の酸素ガスを電気分解しているときに前記第2の燃料電池を加熱すること
をさらに含む請求項11に記載の機械的エネルギーを発生させる方法。 - 機械的エネルギーを発生させるシステムであって、
水を貯蔵する燃料電池と、
水を貯蔵する均圧装置と、
前記燃料電池内に貯蔵される前記水を水素ガス及び酸素ガスに電気分解し、それにより前記均圧装置内に貯蔵される該水を移動させる手段と、
該移動する水により順方向に駆動して機械的エネルギーを生成する水圧装置と
を備え、
前記均圧装置は、可撓性及び柔軟性を有するとともに不透過性の隔膜によって分離されている水素チャンバ及び酸素チャンバをさらに備える、機械的エネルギーを発生させるシステム。 - 前記燃料電池、前記均圧装置、及び前記水圧装置は、前記水を貯蔵するための閉じた系を形成する請求項13に記載の機械的エネルギーを発生させるシステム。
- 前記燃料電池は、
正極と、
正の多孔質導電体と、
透過性膜と、
負の多孔質導電体と、
負極と
をさらに備える請求項13に記載の機械的エネルギーを発生させるシステム。 - 前記水圧装置に連結する機械装置をさらに備える請求項13に記載の機械的エネルギーを発生させるシステム。
- 前記透過性膜は可撓性及び柔軟性を有している請求項15に記載の機械的エネルギーを発生させるシステム。
- 前記水素ガスと前記酸素ガスとを再化合する手段をさらに備え、該再化合により前記均圧装置から前記燃料電池内へ前記水を吸引し、前記水圧装置を逆方向に駆動してさらなる機械的エネルギー及び電位エネルギーを生成する請求項13に記載の機械的エネルギーを発生させるシステム。
- 前記電気分解工程のための手段及び前記再化合工程のための手段が、連続的な機械的エネルギーを発生するように交互に稼動する請求項13に記載の機械的エネルギーを発生させるシステム。
- 前記水圧装置は、が、流体をポンプ輸送するために供給チェックバルブ及び排出チェックバルブに接続された隔膜ポンプである請求項13に記載の機械的エネルギーを発生させるシステム。
- 前記水圧装置が水圧ラムである請求項13に記載の機械的エネルギーを発生させるシステム。
- 前記水圧装置が生体模倣ポンプである請求項13に記載の機械的エネルギーを発生させるシステム。
- 機械的エネルギーを発生させるシステムであって、
第1の水を貯蔵する第1の燃料電池と、
該第1の水を貯蔵する第1の均圧装置と、
前記第1の燃料電池内に貯蔵された該第1の水を第1の水素ガス及び第1の酸素ガスに電気分解し、それにより前記第1の均圧装置内に貯蔵された該第1の水を移動させる手段と、
該移動する第1の水により順方向に駆動され機械的エネルギーを生成する水圧装置と、
前記第1の水素ガスと前記第1の酸素ガスとを再化合し、前記再化合により前記均圧装置から前記燃料電池内へ前記第1の水を吸引し、逆方向に前記水圧装置を駆動してさらなる機械的エネルギー及び電位エネルギーを生成する手段と、
第2の水を貯蔵する第2の燃料電池と、
該第2の水を貯蔵する第2の均圧装置と、
前記第1の水素ガスと前記第1の酸素ガスとを再化合している間に、前記第2の燃料電池内に貯蔵された前記第2の水を第2の水素ガス及び第2の酸素ガスに電気分解し、それにより該第2の均圧装置内に貯蔵された該第2の水を移動させ、該移動する第2の水により前記水圧装置を逆方向に駆動する手段と、
前記第2の水素ガスと前記第2の酸素ガスとを再化合し、前記再化合により前記第2の均圧装置から前記第2の水を吸引し、前記水圧装置を順方向に駆動してさらなる機械的エネルギー及び電位エネルギーを生成する手段と
を備える機械的エネルギーを発生させるシステム。 - 前記第1の燃料電池と前記第2の燃料電池との間を接続し、前記第1の燃料電池を加熱して前記第1の水素ガス及び前記第2の水素ガスを電気分解し、且つ該第2の燃料電池を加熱して前記第2の水素ガス及び前記第2の酸素ガスを電気分解する熱導体をさらに含む請求項23に記載の機械的エネルギーを発生させるシステム。
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