JPH07116252A

JPH07116252A - 流体輸送器

Info

Publication number: JPH07116252A
Application number: JP5287410A
Authority: JP
Inventors: Satoru Saito; 哲斉藤; Yuko Fujita; 雄耕藤田
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 1993-10-21
Filing date: 1993-10-21
Publication date: 1995-05-09

Abstract

(57)【要約】【目的】構造が簡単、使用時の操作が容易、しかも小
型・軽量化が可能といった長所を持つ流体輸送器を提供
する。【構成】互いに分離した２つの電極を固体無機プロト
ン導電体４にとりつけた電気化学セル部１と流体貯蔵部
２とを備えてなり、該電気化学セル部に直流電流を通電
することによって陰極３から発生する水素を流体の加圧
源とする。これによれば、電解質に固体高分子プロトン
交換膜を用いた従来品のように電解質に水を含ませてお
く必要がないので、電気化学セル部からの水漏れがな
く、極めて簡単な構造、使用時の操作が容易、しかも小
型・軽量化が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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流体輸送器に関する
ものである。

【０００２】

【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。

【０００３】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、ペリスタルティック（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。これらのうち、ベ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、薬液吐出量の制御に複雑
な機構を採用しているので、その重量および寸法とも一
般に大きく、また高価でもある。そのため、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。

【０００４】一方、本願発明者のひとりは、直流電流を
通電することによってガスを発生する電気化学セルを利
用し、ポンプ機能とガスの流量制御とを同時に行う装置
を提案している。（日本特許番号第１２１４００１
号）。近年、この原理を利用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を有
しており、該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、陽極では水素が水
素イオンとなり、生成した水素イオンがイオン交換膜を
通って陰極側に達し、そこで水素が発生するという電気
化学反応が起こることを利用したものである。すなわ
ち、陰極で発生する昇圧された水素をピストン、ダイヤ
フラム、ベローズ等を押すための駆動源として利用する
ものである。

【０００５】また、この電気化学セルの反応物質として
水素の代りに酸素を利用することも可能であり、陰極に
供給すべき酸素源として空気を用いれば、輸液ポンプの
構造はかなり簡単なものになる。

【０００６】さらに、この電気化学的輸液ポンプの改良
型として水の電気分解反応を利用する方法が提案されて
いる（特開平２−３０２２６４）。この方法は、イオン
交換膜の片面に陰極を、他面に陽極をそれぞれ一体に接
合した電気化学セル、あるいは片面に陰極と陽極とをそ
れぞれ絶縁するよう離した状態で一体に接合した電気化
学セルに含水させ、両極に直流電流を通電した際に水の
電気分解によって発生する水素あるいは酸素、もしくは
水素と酸素との混合ガスを輸液ポンプの加圧源とするも
のである。これらの電気化学的方法は、輸液量を精度よ
く制御できるが、電気化学セル部の構造が複雑で、高価
につくという欠点がある。

【０００７】また、電気化学セルに利用するイオン交換
膜は、通常、固体の高分子化合物であるが、このような
固体高分子イオン交換膜は、そのままではイオン交換機
能を示さない、いいかえると、そのままではプロトン導
電性をもたないが、多量の水を固体高分子イオン交換膜
の内部に吸収することにより、イオン交換機能を発揮
し、プロトン導電性を示すようになる。すなわち、固体
高分子イオン交換膜を使用する場合、その内部には必ず
多量の水を含ませておく必要があり、電気化学セルが密
閉型のときには、水が漏れないように特別な工夫を必要
とし、構造が複雑になる。また、電気化学セルが開放型
のときには、固体高分子イオン交換膜から水が蒸発して
固体高分子イオン交換膜の電導度を低下させたり、外部
空気中の不純物が電気化学セル部にもちこまれるという
ような欠点をもつ。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な課題を解決するためになされたものであり、その目的
とするところは、固体高分子イオン交換膜を電解質に使
用した電気化学セルから発生するガスを加圧源とする流
体輸送器において、固体高分子イオン交換膜に多量の水
を含ませておかなければならないことから生ずる不具合
をなくし、構造が簡単、使用時の操作が容易、しかも小
型・軽量化が可能といった長所を持つ流体輸送器を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、互いに分離した
２つの電極を固体無機プロトン導電体にとりつけた電気
化学セル部と流体貯蔵部とを備えてなり、該電気化学セ
ル部に直流電流を通電することによって陰極から発生す
る水素を流体の加圧源とすること、及び水素ガスを発生
する陰極と流体との間に変形可能な隔膜を配することに
より、従来のベローズ、ダイヤフラム、注射筒などを使
用した流体輸送器、並びに電気化学的方法を使用した流
体輸送器の欠点を除去せんとするものである。

【００１０】

【作用】固体無機プロトン導電体としては、表１のよう
な種々の化合物が知られている（Ａ．Ｌ．Ｌａｓｋａｒ
ａｎｄＳ．Ｃｈａｎｄｒａ，Ｓｕｐｅｒｉｏｎｉｃ
ｓｏｌｉｄｓａｎｄｓｏｌｉｄｅｌｅｃｔｒｏｌ
ｙｔｅｓｒｅｃｅｎｔｔｒｅｎｄｓ，Ａｃａｄｅｍ
ｉｃｐｒｅｓｓ（１９８９）、ただし電導度は室温で
の値）。

【００１１】

【表１】本発明になる流体輸送器は、前記電気化学セル部の一方
の電極が陽極となり他方の電極が陰極となる方向に直流
電流を通電した場合、陽極では水素がプロトンと電子と
に分解し、プロトンが固体無機プロトン導電体の内部を
移動して陰極に達し、電子は外部回路を通って陰極に達
し、陰極ではプロトンが電子と再結合して水素ガスが発
生するので、この水素を加圧源に利用するものである。
この場合、陰極から発生する水素の量は通電電気量によ
って正確に決めることができる。したがって、通電電気
量を制御することにより、流体の輸送量をきわめて精度
良く設定できるものである。

【００１２】なお、輸送すべき目的の流体としては、通
常は薬液が考えられるが、本発明になる流体輸送器の用
途は薬液の輸送に限定されるものではなく、気体も含め
たあらゆる流体の輸送に利用できることはいうまでもな
い。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を好適な実施例を用いて説明す
る。

【００１４】［実施例１］陽極および陰極として多孔
性白金電極、固体無機プロトン導電体としてアンチモン
酸をそれぞれ使用するとともに、陽極に水素を接触させ
た電気化学セル部と流体貯蔵部とを組み合わせた流体輸
送器を作製した。図１は、その断面構造を示したもので
あり、流体輸送器は電気化学セル部１と流体貯蔵部２と
から構成されている。電気化学セル部１は、陰極３と電
解質としてのアンチモン酸の薄層４と陽極５とから構成
される。陰極３は直径１５ｍｍの多孔性白金電極、アン
チモン酸の薄層４は直径２０ｍｍ、厚さ１ｍｍ、陽極５
は直径１５ｍｍの多孔性白金電極である。６は水素室で
あり、流体輸送器を始動する前は３気圧の水素で満たし
ておく。７はガス室、８はガス室にたまった水素、９は
薬液、１０は薬液吐出口である。

【００１５】陽極と陰極との間に直流電流を流すと、陽
極では水素が酸化されて水素イオン（プロトン）とな
り、プロトンはアンチモン酸の層を通って陰極側に達
し、陰極で電子を受け取って水素となり、ガス室７にた
まる。通電を続けると、ガス室にたまった水素の体積は
大きくなって薬液９を押し出し、薬液９が吐出口１０か
ら吐出される。例えば、セル当り３ｍＡの直流電流を５
時間流した場合、各１時間当り０．６ｍｌ、合計３．０
ｍｌの薬液が供給される。このときのクーロン効率は約
９０パーセントであった。なお、陰極からの水素発生量
は通電電気量に比例するので、電流を変えることによっ
て任意の単位時間当り吐出量が得られるものである。

【００１６】［実施例２］電気化学セルの電解質をス
ズ酸とし、それ以外はすべて実施例１と同じ構成の流体
輸送器を作製した。通電電流と薬液吐出量との関係は、
実施例１の場合と同じであった。

【００１７】［実施例３］陰極と薬液との間にやわら
かいゴム製のブラダーを設け、それ以外はすべて実施例
１と同じ構成の流体輸送器を作製した。図２は、その断
面構造を示したものであり、図２の符号１〜１０は図１
と共通とし、陰極３と薬液９との間にゴム製のブラダー
１１をとりつけたものである。

【００１８】電流を流すと、陰極から水素が発生して陰
極とブラダーとの間に水素がたまり、ブラダーは薬液側
に膨張して薬液を押し、薬液は吐出口から供給される。
通電電流と薬液吐出量との関係は、実施例１の場合と同
じであった。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は、お互いに
分離した２つの電極を固体無機プロトン導電体にとりつ
けた電気化学セル部と流体貯蔵部とを備えてなり、電気
化学セル部に直流電流を通電することによって陰極から
発生する水素を流体の加圧源とすることを特徴とする流
体輸送器、及び該陰極と流体との間に変形可能な隔膜を
備えた流体輸送器に関するものである。

【００２０】これによれば、電気化学セル部の電解質に
固体無機プロトン導電体を使用することにより、電解質
に固体高分子プロトン交換膜を用いた従来品のように電
解質に水を含ませておく必要がないので、電気化学セル
部からの水漏れがなく、極めて簡単な構造とすることが
できる。

【００２１】また、固体無機プロトン導電体としては、
実施例１や実施例２で述べたアンチモン酸やスズ酸以外
にも、使用温度で固体であり、かつ適当なプロトン導電
性さえあれば、あらゆる種類の無機プロトン導電体を使
用できるものである。

【００２２】電気化学セルでの反応は、陽極での水素の
酸化と陰極での水素の還元であり、それ以外の反応は一
切おこらないので、陰極からは通電電気量に正確に対応
した量の水素が発生し、精度のよい流体の供給量が得ら
れる。もちろん、単位時間当りの流体の供給量は、通電
電流を変えることによって任意の値に設定することがで
きる。また、陽極や陰極には、実施例で述べた多孔性白
金電極以外にも、チタンなどの金属の使用が可能であ
り、電極の形状も網状、ラス状、そしてエキスパンデッ
ト形状など、あらゆる形状のものが使用できる。

【００２３】さらに、実施例３で述べた陰極と流体との
間に設けたゴム製のブラダーは、その材料が水素ガスや
目的の流体とは反応せず、しかもガスの圧力で変形可能
なものであれば、やわらかいゴムに限らず、薄い金属で
できたじゃばらのような形状のものなど、種々のものが
使用可能である。

【００２４】なお、実施例においては、長時間にわたっ
て薬液を微量ずつ供給する場合について述べたが、本発
明になる流体輸送器は、薬液に限らず、あらゆる種類の
流体への応用が可能であり、また流体の合計輸送量が、
通電電流の大きさと通電時間とによつて任意の値に設定
することができるものである。

【００２５】上記のように、本発明になる流体輸送器
は、構造が簡単、使用時の操作が容易、しかも小型・軽
量化が可能な携帯用あるいは使い捨て型にすることがで
きるという利点をもち、従来のベローズやダイヤフラム
あるいは注射器を用いた輸液ポンプの欠点を取り除くこ
とができるものであり、その工業的価値はきわめて大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる実施例１にかかる流体輸送器構造
の断面図である。

【図２】本発明になる実施例３にかかる流体輸送器構造
の断面図である。

【符号の説明】

１電気化学セル部２流体貯蔵部３陰極４固体無機プロトン導電体５陽極６水素室９薬液１１ゴム製ブラダー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに分離した２つの電極を固体無機プ
ロトン導電体（４）にとりつけた電気化学セル部（１）
と流体貯蔵部（２）とを備えてなり、該電気化学セル部
に直流電流を通電することによって陰極（３）から発生
する水素を流体の加圧源とすることを特徴とする流体輸
送器。
【請求項２】陰極と流体との間に変形可能な隔膜を備
えたことを特徴とする請求項１記載の流体輸送器。