(57)【要約】互いに相対的に動くよう構成された第一のプレートと第二のプレートを有する整流子を提供する。プレートの一つは整流子への流体の流入を可能にする少なくとも一つの入力手段を有し、又、プレートの一つは整流子からの流体の流出を可能にする少なくとも一つの出力手段を有する。プレートの少なくとも一方は、少なくとも一つの入力部を少なくとも一つの出力部に接続する少なくとも一つの接続手段を有する。接続手段が入力手段を出力手段に周期的に接続できるように、プレートは互いに相対的に可動できるように構成されており、接続手段により入力手段と出力手段が周期的に接続される。本発明は、更に、本整流子を使用する電気メッキ方法にも関する。更に、本発明は、導体、及び多孔質の裏張りを有するガス多孔膜を備えた電極を有し、流体がこの間を流れることができるスペースを有する電極を開示する。更に、本発明は常温核融合の起動方法も開示する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気回路を形成するように構成された電解質のコンテナ、
電解質に浸されている一対の入力電極に印加されるＡＣ電気信号を、同じ電解質内の二つの地点においてＤＣ信号に変換する整流子、
整流子の動きと印加ＡＣ電圧が所定の関係を有するように、整流子の動きと印加ＡＣ電圧波形を制御する制御手段、及び
同じ電解質内に設けられ、間を電解質が通るように構成された一組の作用電極
を備える電解システム。
【請求項２】
システム内に電解質を流すために設けられたポンプ手段をさらに備える、請求項１に記載の電解システム。
【請求項３】
コンテナが相互に連結した一連の管を有する、請求項１又は請求項２に記載の電解システム。
【請求項４】
各管の断面積に対する長さの比率をできるだけ大きくした請求項３に記載の電解システム。
【請求項５】
制御手段が電気／電子回路である、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電解システム。
【請求項６】
電気／電子回路が少なくとも一つのホール効果センサと付属マグネット手段を有する、
請求項５に記載の電解システム。
【請求項７】
整流子の動きと同期するＡＣ電圧を発生させるために使用する信号を発生させるように制御手段が設けられている、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電解システム。
【請求項８】
ＡＣ電圧が入力電極に印加される、請求項７に記載の電解システム。
【請求項９】
整流子とＡＣ電圧が整流子の出力部にＤＣ電圧を生成する、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電解システム。
【請求項１０】
正のＤＣ電圧が「＋ｖｅ仮想電極」であり、負の電圧端が「−ｖｅ仮想電極」である、請求項９に記載の電解システム。
【請求項１１】
ＤＣ電圧が作用電極に印加される、請求項９又は１０に記載の電解システム。
【請求項１２】
ポンプ手段が、＋ｖｅ仮想電極から−ｖｅ仮想電極へ、及び−ｖｅ仮想電極から＋ｖｅ仮想電極への安定した電解質の流れを生成するために使用される、請求項１０に記載の電解システム。
【請求項１３】
作用電極からの流れが、ポンプ手段の入力部において統合される、請求項１２に記載の電解システム。
【請求項１４】
ＡＣ電圧と整流子の動きが同期する、請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の電解システム。
【請求項１５】
作用電極がガス多孔膜を有する、請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の電解システム。
【請求項１６】
作用電極に電解質中のイオン核種が接続するように作用電極が構成されていることにより、電解質中を流れるファラデー電流がコンテナ内の電解質の流れと同じ方向に流れる、請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の電解システム。
【請求項１７】
互いに対して動くように構成された、第一のプレートと第二のプレートを少なくとも備え、プレートの一つが、流体の整流子への流入を可能にするように構成された少なくとも一つの入力手段を有し、また、プレートの一つが、流体の整流子からの流出を可能にするように構成された少なくとも１一つの出力手段を有し、更に、プレートの少なくとも一つが、少なくとも一つの入力部を少なくとも一つの出力部に接続できる少なくとも一つの接続手段を有する整流子であって、これらのプレートが互いに対して動くと、接続手段が入力手段を出力手段に周期的に接続するようにプレートが構成されている整流子。
【請求項１８】
これらのプレートが互いに対して回転するように構成されている、請求項１７に記載の整流子。
【請求項１９】
これらのプレートが互いに対して平行移動するように構成されている、請求項１７に記載の整流子。
【請求項２０】
プレートが互いに対して回転且つ平行移動する、請求項１７ないし１９のいずれか１項に記載の整流子。
【請求項２１】
入力手段と出力手段が第一のプレートに設けられ、接続手段が第二のプレートに設けられている、請求項１７ないし２０のいずれか１項に記載の整流子。
【請求項２２】
第一のプレートが、略、静止状態で保持される、請求項２１に記載の整流子。
【請求項２３】
第二のプレートが第一のプレートに対して回転するように構成されている、請求項２１又は２２に記載の整流子。
【請求項２４】
入力手段が第一のプレートを貫通するホールから構成される、請求項１７ないし２３のいずれか１項に記載の整流子。
【請求項２５】
接続手段が第二のプレートの表面上の溝から構成される、請求項１７ないし２４のいずれか１項に記載の整流子。
【請求項２６】
溝が円の一部分である、請求項２５に記載の整流子。
【請求項２７】
第一及び第二のプレートは、略、円形である、請求項１７ないし２６のいずれか１項に記載の整流子。
【請求項２８】
第一及び第二のプレートが互いに隣接し、同心に保持されている、請求項２７に記載の整流子。
【請求項２９】
流体が電解溶液から構成される、請求項１７ないし２８のいずれか１項に記載の整流子。
【請求項３０】
整流子を通る流体を通して電流が流れるように整流子が構成されている、請求項１７ないし２９のいずれか１項に記載の整流子。
【請求項３１】
第一のプレートと第二のプレートの相対位置を示す信号を生成するように構成された手段を有する、請求項１７ないし３０のいずれか１項に記載の整流子。
【請求項３２】
前記手段が一つ又は複数のホール効果センサ及び付属マグネットを有する、請求項１７ないし３１のいずれか１項に記載の整流子。
【請求項３３】
流体が通過できる整流子を供給するステップ、
整流子の第一の側の流体にＡＣ電圧を印加するステップ、
整流子の第二の側の流体にＤＣ電圧を発生させるため、整流子の動きと所定の関係を有するようにＡＣ電圧を制御する制御手段を供給すステップ、及び
間に電気化学反応を開始させて該電気化学反応により核融合反応を確立するように、一対の作用電極にＤＣ電圧を印加するステップ
を含む、核融合反応の起動方法。
【請求項３４】
流体が通過できる整流子を供給するステップ、
整流子の第一の側の流体にＡＣ電圧を印加するステップ、
整流子の第二の側の流体にＤＣ電圧を発生させるため、整流子の動きと所定の関係を有するようにＡＣ電圧を制御する制御手段を供給すステップ、及び
間の電子化学反応を制限し、コンポーネントのメッキを引起すように、一対の作用電極にＤＣ電圧を印加するステップ
を含む、コンポーネントのメッキ方法。
【請求項３５】
流体入力手段、流体出力手段、及び周期的に入力手段と出力手段を接続するように構成された接続手段を備える整流子。
【請求項３６】
電極導体、及び付属の多孔裏張りを有するガス多孔膜を有し、電極導体とガス多孔膜の間には流体が流れることが出来るスペースが生成される電極。
【請求項３７】
ガス多孔膜が多孔質の裏張りの上に取り付けられる、請求項３６に記載の電極。
【請求項３８】
流体は通常液体であり、具体的には電解溶液である、請求項３６又は３７に記載の電極。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
発明の分野
本発明は整流子、整流子を含む回路、及び、エネルギー変換の方法に関する。特に限定する訳ではないが、本発明は、一般に、核エネルギー変換、電解回路、及び電池に関し、具体的には電極を通る多孔性流体に関する。
【０００２】
発明の背景
長年に亘り、様々の異なったタイプの電解回路及び電池が使用されており、現在も、腐食防止や部材製造等、種々な応用分野で使用されている。そのような分野では、日常的に使用されるバッテリに電気分解を利用し、化学反応から放出されたエネルギーを電気エネルギーに変換する。例えば、液流の継続的な分析に関しては、電極を通る多孔流を利用した電解槽が使用されている。これまでこの分野で使用されてきたこれら技術の全ては、以下の要素の一つ又は複数を利用している：
・電気回路と電解質のインターフェイスを提供する電極。電極には通常ＤＣ電圧が印加されるか、又は電極の間にＤＣ電圧が生成される。
・多くのイオン核種を含む溶液である電解質。
・電極を通り抜けるか、又は通り過ぎる電解質の安定で連続的な流れを提供する方法、又は、電極を通り抜けるか、又は通り過ぎる電解質の流れを利用する手段―一般に電極を通過する多孔流の使用を伴う。
【０００３】
これらの要素を組み合わせることにより、化学反応によって放射されたエネルギーを利用すること、又は電気エネルギーを使って化学反応を制御することが可能であることが証明された。又、全ての先行技術はこの２つのプロセスに関連している。「イオン叢生」のために使用される多孔タイプの電極を含め、核融合エネルギーの変換を目的とする他の要素を利用する電解槽が提案されている。然しながら、付加的な要素は外来的で高価であり、直接的に電気エネルギーに変換される電解槽も、一般に使用されている電解槽も存在しない。
【０００４】
発明の概要
本発明の第一の態様は、互いに対して相対的に動くように構成された第一のプレートと第二のプレートを少なくとも有する整流子であって、これらのプレートの一つは、液体の整流子への流入を可能にする少なくとも一つの入力手段を有し、又、これらのプレートの一つは、液体の整流子からの流出を可能にする少なくとも一つの出力手段を有し、これらのプレートの少なくとも一つが、少なくとも一つの入力部を少なくとも一つの出力部に接続することを可能にする少なくとも一つの接続手段を有し、これらのプレートは、プレートが互いに対して相対的に動くにつれて、接続手段により入力手段と出力手段が周期的に接続するように構成されている整流子である。
【０００５】
このような構成の利点は、入力手段と出力手段とが周期的に接続することが可能であると同時に、流体が整流子を通過できることである。適切な方法で接続手段を構成することにより、希望する方法で整流子を通る流体の流れを制御することが出来る。
【０００６】
有利には、これらのプレートは、互いに対して回転できるように構成されている。或いは、又は付加的に、これらのプレートが互いに対して平行移動可能としてもよい。
【０００７】
入力手段と出力手段を第一のプレートに設け、接続手段を第二のプレートに設けることができる。
【０００８】
有利には、これらプレートの一つ、一般に第一プレートは、略、静止状態で保持される。このような構成は、静止プレートに対し入力出力と出力手段が一体化できるので、便利である。
【０００９】
プレートの一つ、一般に第二のプレートは、他のプレートに対し回転できるように構成される。
【００１０】
一実施形態においては、入力手段は第一のプレートを貫通するホールを有する。このような構造は、整流子への流体の流入を可能にする単純な構造である。
【００１１】
接続手段は第二のプレート表面の溝から構成され、この溝は好適な実施形態においては輪の一部分を構成する。
【００１２】
第一及び第二のプレートは、略、円形であり、同芯で互いに隣接していることが好ましい。
【００１３】
流体は電解液であることが好ましい。このような構成は、そこに電流を流すのに好都合である。
【００１４】
有利には、整流子は、そこに流れる液体に電流を流すことが出来るように構成される。
【００１５】
整流子は、第一のプレートと第二のプレートの相対位置を示す信号を発生するように構成された手段を有することが好ましい。好適な実施形態において、この手段は一つ又は複数のホール効果センサと付属マグネットから構成される。
【００１６】
本整流子は液体整流子と呼ぶことができる。
【００１７】
本発明の第二の態様では、
電解質が電気回路を形成するように構成された電解質コンテナ；
電解質に浸された一対の入力電極に印加された交流（ＡＣ）電気信号を同じ電解質内の二つの地点でＤＣ信号に変換するように構成された整流子；
整流子と印加ＡＣ電圧が予め決められた相関関係を有するように、整流子の動きと印加ＡＣ電圧の波形を制御する制御手段；及び
電解質内に設けられ、その間に電流が流れるように構成された１組の作用電極；
を備えた電解システムが提供される。
【００１８】
整流子は本発明の第一の態様による整流子であってよい。或いは、整流子は、本明細書に記載する他の実施形態のいずれかによるものであってもよい。
【００１９】
好適には、本システムはポンプ手段を有し、該ポンプ手段はシステムを通して電解質をポンピングするように構成できる。ポンプ手段の利点は、制御可能でスムーズな電解質の流れをシステム内に提供することに役立つことである。
【００２０】
コンテナは、一般に、中継された一連の管から構成される。有利には、各管の断面積に対する長さの比は出来るだけ大きくする。高い比率の利点は、管内の電解質によってもたらされる電気抵抗が結果的に高くなり、それにより作用電極において反応を開始するために要する始動エネルギーが最小化されることである。
【００２１】
制御手段は電気／電子回路であり、好適な実施形態においては、少なくとも一つのホール効果センサと付属マグネット手段を備える。
【００２２】
制御手段は、好ましくは整流子の動きと同期するＡＣ電圧を発生させるために使用される信号を生成するように構成できる。このＡＣ電圧は入力電極に印加できる。このように動作する整流子と制御手段の利点は、印加ＡＣ電圧と整流子の効果により、整流子の出口部でＤＣ電圧が発生することである。
【００２３】
本明細書では、この電圧の＋ｖｅ端部を「＋ｖｅ仮想電極」と呼び、負の端部を「−ｖｅ仮想電極」と呼ぶ。このＤＣ電圧は、作用電極間に印加されることが好ましい。
【００２４】
好ましくは、具備されたポンプ手段を使用して、＋ｖｅ仮想電極から＋ｖｅ作用電極へ、及び−ｖｅ仮想電極から−ｖｅ作用電極へ向かう、安定した電解質の流れを生成できる。
【００２５】
作用電極からの流れは、ポンプ手段の入力部において統合される。
【００２６】
ＡＣ電圧と整流子の動きの間の所定の関係は同期性である。
【００２７】
一実施形態において、本発明の第二の態様による整流子は、本発明の第一の態様による整流子であってもよい。
【００２８】
作用電極はガス多孔膜を有している。このような多孔膜には、多孔膜を通して電極に発生するガスを逃がす事ができ、従って、作用電極におけるガスの堆積を防止するという利点がある。
【００２９】
更に、作用電極は、電解質中のイオン種が作用電極において変換され、その結果、電解質中に発生したファラデー電流がコンテナ内の電解質の流れと同じ方向に電解質内を流れるように構成できる。
【００３０】
本発明の第三の態様では、核融合反応の起動方法が提供され、本方法は：
流体が通過できる整流子を供給するステップ；
整流子の第一の側の流体にＡＣ電圧を印加するステップ；
ＡＣ電圧が整流子の動きと所定の関係を有するようにＡＣ電圧を制御することにより整流子の第二の側の流体にＤＣ電圧を発生させるための制御手段を供給するステップ；及び
ＤＣ電圧を一対の作用電極に印加することにより作用電極の間で電気化学的反応を開始させ、該電気化学反応により核融合反応が確立されるステップ
を含む。
【００３１】
本方法の利点は、核融合反応を開始させてそれを維持するのに使用できることである。
【００３２】
本発明の第四の態様では、コンポーネントのメッキ方法が提供され、本方法は：
流体が通過できる整流子を供給するステップ；
整流子の第一の側面の流体にＡＣ電圧を印加するステップ；
ＡＣ電圧が整流子の動きと所定の関係を有するようにＡＣ電圧を制御することにより整流子の第二の側にＤＣ電圧を発生させるための制御手段を供給するステップ；
少なくとも一つの作用電極としてメッキすべきコンポーネントを提供するステップ；及び
上記のような一対の作用電極に対し、それら電極の間で電気化学反応が開始されるようにＤＣ電極を印加し、該電気化学反応によりコンポーネントがメッキされるステップ
を含む。
【００３３】
本発明の第五の態様では、流体入力手段、流体出力手段、及び入力手段と出力手段を周期的に接続するように構成されている接続手段を備える整流子が提供される。
【００３４】
本発明の第六の態様では、電極導体、及び付属の多孔裏張りを有するガス多孔膜を有し、電極導体とガス多孔膜の間には流体が流れることが出来るスペースが生成される電極が提供される。
【００３５】
ガス多孔膜は多孔裏張り上に取り付けられる。
【００３６】
流体は一般的に液体であり、具体的には電解溶液である。
【００３７】
本明細書において、この電極を作用電極と呼ぶ。
【００３８】
次に、添付図面を参照しつつ、例示のみを目的として本発明の実施形態について詳述する。
【実施例】
【００３９】
一実施例では、図１に示すように、
・コンテナとして機能し、本実施例においては電解溶液である導電性エレメントを収納する、相互に連結された複数の管１０２を備えた導電性回路１００（管１０２により、電解溶液が、後述するように導電性回路１００の他のエレメントの間を流れることが可能になる。）；
・後述するように、印加ＡＣ電圧と同期して電解回路を機械的に切り換える手段を提供する整流子１０４；
・導電性回路１００の出力側１１２（図１の整流子の左側）にあって容器１１０内の電解質に浸されている一対の作用電極１０６、１０８；
・導電性回路１００の入力側１１８（図１の整流子の右側）にあって電解質に浸されており、ＡＣ電圧が印加される一対の入力電極１１４、１１６；及び
・整流子１０４を通して電解質を作用電極１０６、１０８に向かって押し出すように構成されたポンプ手段１２０（本実施例においてはポンプ）（本発明の一実施形態では、制御されたスムーズな流れを提供するため、ポンプ手段は脈動計量ポンプと圧縮部から構成されている。）
を備える電解質／電気回路を組み合わせたシステムを提供する。
【００４０】
電解質により電極対（作用電極の対１０６、１０８及び入力電極の対１１４、１１６）にもたらされる電気抵抗を最大にするため、管１０２の各区画の横断面に対する長さの比率は、便宜上出来るだけ大きいほうがよい。
【００４１】
作用電極に適する設計を図３に示す。各電極１０６、１０８は導体３００から構成され、その材質は電極表面の状況に耐え、電解質によって影響を受けない。ガス多孔膜３０２がこの電極導体３００に隣接して設けられており、この二つの間を電解質が流れることが出来るようにスペース３０４が設けられている。ガス多孔膜の裏面（電極導体３００の反対側）には、硬質の穿孔された裏張り３０６が設けられており、ガス多孔膜３０２の機械的支持物となっている。
【００４２】
ガス多孔膜３０２は、電極導体３００の電極表面で起こる反応によって生成されるガスを除去するために用いられる。ガス発生の率によっては、ガス排出を可能にするため、ガス多孔膜３０２の片側に略、真空を維持することが必要となる場合もある。ガス多孔膜を電極導体３００の近くに保持するため、硬質の穿孔された裏張り３０６が使われ、本実施例においては、これは金属製である。
【００４３】
図４ａないし４ｄは、整流子１０４の適切な構成を示し、本整流子は、図４ａ（構造の側面立体図）に示すように、互いに向い合って保持される第一のプレート４００と第二のプレート４０２から構成されており、一つのプレート４０２（回転プレート）は回転し、他方のプレート４００（固定プレート）は固定されている。固定プレート４００は四つのホールを有しており、入口Ａ４０４と入口Ｂ４０６は電解質が整流子１０４に流れ込むことを可能にし、入力手段を提供する。出口Ａ４０８と出口Ｂ４１０は電解質が整流子１０４から流出することを可能し、出力手段を提供する。各入口４０４、４０６は、電解質を介して入力電極１１４、１１６に接続されている。例えば、入口Ａ４０４は入力電極１１４に、入口Ｂ４０６は入力電極１１６にそれぞれ接続されている。固定プレート４００内のホールの配置、及び入力電極４０４、４０６への接続に関しては後述する。
【００４４】
回転プレート４０２は、固定プレート４００に対向する面に、第一の溝４１２及び第二の溝４１４を有している。これらの溝はプレート４０２を完全に突き抜けてはおらず、内側に凹んでいるのみであり、接続手段を提供する。これらの溝４１２、４１４は電解質で満たされ、溝４１２、４１４の一つが入口４０４又は４０６と出口４０８又は４１０を同時に覆う時、入口４０４又は４０６及び出口４０８又は４１０は電解質を介して低電気抵抗で接続される。それ以外の場合、入口４０４、４０６と出口４０８、４１０はプレート４００と４０２の間にある電解質の高抵抗フィルムを介して接続されている。図４ｃに示すように、第一の溝４１２と第二の溝４１４の各々の適切な形状は、プレート４００と４０２と同心の円の、大凡１６０°に亘る部分である。
【００４５】
回転プレート４０２の回転位置を測定し、且つ、整流子１０４の動きと同期し、入力電極１１４、１１６に印加されるＡＣ電圧を生成するために使用される信号を発生させる手段が設けられている。本発明の一実施形態において、回転プレート４０２の回転位置を測定する手段は、固定プレート４００に対する回転プレート４０２の位置を検知するため、回転プレート４０２上に設置されたマグネット４１６、４１８と、プレート４００、４０２に対し互いに９０°ずれて固定プレート上に設置されたホール効果デバイス４２０、４２２とから構成されている。別の実施形態においては、回転プレート４０２の回転位置を測定する手段は、ホール効果検知器以外であってよく、例えば、光学ピックアップ、スッテッパーモータ、機械的スイッチ／接点等のいずれでもよい（限定的なものでなく、単なる例として列挙した）。
【００４６】
整流子１０４の動作を説明する為、回転プレート４０２が固定プレート４００に対して動く際の、整流子１０４を介した電気的接続に関して記述する。印加されたＡＣ電圧と整流子１０４の効果により、整流子１０４の出力側の仮想電極１２１、１２２にＤＣ電圧が発生する（図１参照）。
【００４７】
図４ｄ（幾つかのエレメントが不鮮明であるが、便宜上、エレメントの相対位置を示す）に、入口Ａ４０４に接続されている入力電極１１４に印加された電圧が負の電圧Ｖ−から０、そして逆の正の電圧Ｖ＋に変化し、入口Ｂ４０６に接続されている入力電極１１６に印加された電圧がＶ＋からＶ−に変化する時の、固定プレート４００上のホール効果検知器４２０、４２２の位置、回転プレート４０２上のマグネット４１６、４１８の位置、及びサイクルのその時点の溝４１２、４１４の位置を示す。
【００４８】
ホール効果検知器４２０、４２２と入力電極１１４、１１６の間には電子回路が接続されることにより、検知器Ｂ４２２から信号が出力された時、入口Ａ４０４に接続されている入力電極１１４に印加される電圧がＶ−からＶ＋に変化し、入口Ｂ４０６に接続されている入力電極１１６に印加される入力電極がＶ＋からＶ−に変化する。続いて回転プレート４０２が（π／２−Δ）ラジアンだけ回転すると、溝４１２、４１４は、入口Ａ４０４が電解質を介して出口Ｂ４１０に、入口Ｂ４０６は電解質を介して出口Ａ４０８にそれぞれ接続される位置に来る。この事は、出口Ｂ４１０の電解質の電圧が約Ｖ＋であり、出口Ａ４０８の電圧が約Ｖ−であり、一方、入口Ａ４０４と出口Ｂ４１０が相互に接続され、入口Ｂ４０６と出口Ａ４０８が接続されることを意味する。
【００４９】
図４ｅ（幾つかのエレメントが不鮮明であるが、便宜上、エレメントの相対位置を示す）に、入口Ａ４０４に接続されている入力電極１１４に印加される電圧がＶ＋からＶ−に変化し、入口Ｂ４０６に接続されている入力電極１１６に印加されている電圧がＶ−からＶ＋に変化する場合の相対位置を示す。
【００５０】
信号が検知器Ａ４２０から出力されると、電子回路は、入口Ａ４０４に接続されている入力電極１１４に印加される電圧をＶ＋からＶ−に切り替え、入口Ｂ４０６に接続されている入力電極１１６に印加される電圧をＶ−からＶ＋に切替える。続いて回転プレート４０２を（π／２−Δ）ラジアンだけ回転させると、溝４１２、４１４は、入口Ａ４０４が電解質を介して出口Ａ４０８に接続され、入口Ｂ４０６が電解質を介して出口Ｂ４１０に接続される位置に来る。この事は、出口Ｂ４１０の電解質の電圧が約Ｖ＋であり、出口Ａ４０８の電圧は約Ｖ−であり、一方、入口Ａ４０４と出口Ａ４０８が相互に接続され、入口Ｂ４０６と出口Ｂ４１０が接続されることを意味する。回転プレート４０２が更にπ／２ラジアンこの位置から回転すると、溝４１２、４１４は図４ｄに示すような位置に到達し、このサイクルが繰返される。
【００５１】
本発明の一実施形態において、回転プレート４０２は、３０００ｒｐｍよりわずかに下回る速さで回転するＡＣ誘導モータによって駆動される。これは、入力電極１１４、１１６に印加される電圧が、図５ａに示す（Ｔ＝５．（１−（Δ／π））ｍｓ）の波形になることを意味する。入口４０４、４０６の電圧が、サイン波に近い方形波であることが解る。即ち、時間Ｔに亘る正の方形波の後に時間Ｔに亘る負の方形波が続き、正と負の方形波の間には短い間隔（波形の周期に対して）が開く。
【００５２】
図５ｂに、結果として電解質の出口Ａ４０８と出口Ｂ４１０に現われる電圧を示す。出口Ｂ４１０に現われる電圧が正の方形波の連続であり、出口Ａ４０８に現われる電圧が負の方形波の連続であることが解る。
【００５３】
図６に、ホール効果検知器と入力電極の間に接続される適切な回路を示す。この回路は、印加ＡＣ電圧とプレートの位置を所定の方法で維持するように構成された制御手段を提供する。ホール効果検知器Ａ４２０の出力は、第一の緩衝器６００の入力であり、ホール効果検知器Ｂ４２２の出力は第二の緩衝器６０２の入力である。第一の緩衝器６００の出力は、セット・リセット（ＳＲ）フリップフロップ６０６のセット（Ｓ）入力端子６０４に接続され、第二の緩衝器６０２の出力はＳＲフリップフロップ６０６のリセット（Ｒ）入力端子６０８に接続される。フリップフロップ６０６の出力６１０は第三の緩衝器６１２によって緩衝され、緩衝器６１２は入力電極Ａ１１４を駆動するように構成されたスイッチ６１４を駆動する。フリップフロップ６０６のＮＯＴ出力６１６は第四の緩衝器６１８によって緩衝され、緩衝器６１８は入力電極Ｂ１１６を駆動するように構成されたスイッチ６２０を駆動する。スイッチ６１４、６２０は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ＭｏｓＦＥＴ等、任意の適切な電子スイッチであってよい。
【００５４】
図５ａに示す波形はＡＣ波形である：即ち、ＤＣ成分を有しないので、入力電極において、電気化学反応は起こらない。これは十分に高い周波数を提供していることになる。整流子の回転プレートは３０００ｒｐｍで回転するので、周波数は≒１００Ｈｚであり、この周波数は十分に高く、化学反応が起こらない。入力電極１１４、１１６にＤＣ電圧が印加されることがないように、この回路の出力４０６、４０８には変圧器のような部品を付加してもよい。図５ｂに示す波形から、出口Ｂ４１０は＋ｖｅの仮想電極１２１（＋ｖｅの作用電極１０８に接続されている）であり、出口Ａ４０８は、−ｖｅの仮想電極１２２（−ｖｅの作用電極１０６に接続されている）であることが解る。このように、整流子１０４によって生成されたＤＣ電圧は、作用電極１０６、１０８に印加される。このＤＣ電圧は、該当する電気化学反応なしで、電解質内で生成されることに注意されたい。
【００５５】
ポンプ手段１２０は、＋ｖｅ仮想電極１２１から＋ｖｅ作用電極１０８へ、及び−ｖｅ仮想電極１２２から−ｖｅ作用電極１０６へ、電解質の安定的な流れを作るために使用される。これらの流れはポンプ手段１２０の入力部で統合される。作用電極１０６、１０８の間に接続されている電気的負荷に対し、印加ＡＣ電圧と電解質の体積流の効果は、作用電極１０６、１０８の間に定電流源を生成する。この定電流源の大きさは、体積流量と電解質のイオン濃度にのみ依存し、印加ＡＣ電圧の大きさや電気的負荷の大きさとは無関係である。この電流が流れると、作用電極間の制限電圧は非常に高くなる。
【００５６】
作用電極１０６、１０８における電極／電解質の界面を熱力学的に考察すると、外部の電気的負荷に電流が流れない状態においては、非常に高い部分圧が作用電極１０６、１０８と電解質の界面部に存在することが解る。これらの圧力は、これらの界面部における溶液がその状態を変え、プラズマの形態を採ると想定される。作用電極において起こり得る電気化学反応を考察すると（後述するように）、システムの化学的状態に実質的な変化を起こすことなしに、システムからエネルギーを引出し得ることが解る。この事は、エネルギー源は作用電極／電解質の界面部おいて起きる核反応であることを意味している。エネルギーは重原子量の元素の存在なしで放出されるので、これらの反応は、そのような元素が絡む核分裂反応ではない。これらは、軽又は中程度の原子量の元素だけが存在する核融合反応であり、それらは核融合反応によって結合し、その過程でエネルギーを放出する。エネルギー変換の場合と同様に、非常な高圧、且つ常温の条件下において作用電極の表面を物質でコーティングするために、本発明を使用することが出来る。要約すると、本発明は、電気エネルギーの直接変換のための核融合反応、又は非常な高圧、且つ常温の条件下で物質を生成する核融合反応を、始動させ制御するシステムと考えることができる。
【００５７】
整流子１０４とポンプ手段１２０が別々に本発明の一つの実施例を構成しているが、他の実施形態においては、これら二つを結合する。この整流子は振動ビームに付加された四つ１組の攪拌棒（パドル）として構成される。パドルの動きの周期の一部において、これらのパドルが表面に押し付けられ、電解質の導電路のブレーキ役となる。パドルがビームの正しい位置にある場合、パドルの移動は、前述の整流子に関する導通期間と非導通期間の周期が達成されるような相対フェーズを有し、その結果ＡＣ電圧が一対の入力電極に印加されると、このＡＣ電圧は出口でＤＣに変換される。このようなパドルの移動の相対的フェーズにより、電解質が入口から出口に押し出される。
【００５８】
本発明において起こる電気化学的反応は、一般の酸化還元反応の用語で説明できる。即ち、溶液内の核種Ｏが核種Ｒｎ−に還元され、溶液内の核種Ｒが核種Ｏｎ＋に酸化される。図１と図３を参照されたい。
＋ｖｅ作用電極１０８において、核種Ｏは電極１０８に入り、Ｏ＋ｎ．ｅ−→Ｒｎ−の反応でＲに変換され、−ｖｅ作用電極１０６においては、Ｒは電極１０６に入り、Ｒ−ｎ．ｅ−→Ｏｎ＋の反応によりＯに変換される。電極１０６、１０８の変換効率は、通常の多孔流液電極について次のように定義される。
2006506535.tif 000002
Ｃ（out）は,
電極から放出される活性核種の濃度であり、Ｃ（in）は電極に入る活性核種の濃度である。
【００５９】
図３に示す電極アセンブリの変換効率と制限流の予測から引出される次のような議論は、参照文献１に基づいている。
イオンのランダムウォークを考慮すると、時間ｔ内にイオンが動く平均距離は以下の式で表され、
2006506535.tif 000003
Ｄはイオンの拡散定数である。
【００６０】
これは、イオンが制限壁から電極に拡散するために要する予測時間が、
2006506535.tif 000004
であることを意味する。
ｄは図３で求められる寸法である。
【００６１】
電極の面を通るイオンの平均伝達時間は、以下の式で求められる。
2006506535.tif 000005
ｆは電解質の体積流量であり、Ｗ及びｂは図３で求められる寸法である。
【００６２】
参照文献１に示されているものと同じ理由により、τｔ＞ｔＤならば、変換効率は高い（Ｒ≒１）。これは以下のしきで表される状態と等価である。
2006506535.tif 000006
これらの条件下で、制限電流は、以下の式で求められる。
2006506535.tif 000007
Ｃｏは電極に供給される電解質内の反応核種の濃度であり、Ｆはファラデー定数、ｎはイオン電荷の数である。
【００６３】
現在の入力電極１１４、１１６／整流子１０４の組み合わせにかえて、ＤＣ電圧を一対の入力電極に印加すると、＋ｖｅ入力電極１０８内への電流ＩＬは、以下の式で表される比率で電荷ＱＩと還元核種Ｏｎ＋を生成する。
2006506535.tif 000008
この電極における反応は、Ｒ−ｎ．ｅ−→Ｏｎ＋であり、この電荷は電解質の領域Ｉに入る。
【００６４】
＋ｖｅ作用電極から流出する電流ＩＬは制限電流になるまで、以下の式で表される比率で電荷Ｑ０と酸化核種Ｒｎ−を生成する。
2006506535.tif 000009
前式及び前々式中のＯｎ＋及びＲｎ−は、核種の分子濃度である。
【００６５】
濃度の増加分ｄＲｎ−とｄＯｎ＋は、電解質の領域Ｏにおいて逆方向に等しく流れを増加させるので、この領域に入る実質的な電荷は存在しない。
【００６６】
本発明に述べられているように、入力電極／整流子の組み合わせにＡＣ電圧が印加されると、＋ｖｅ入力電極における還元核種Ｏｎ＋は生成されず、実質電荷Ｑ＝ＲｘＩＬｄｔは領域Ｏに入り、電流Ｉｓは電圧傾斜によるイオンの移入である。この電荷は、通常の流れの電解質電極と同様に、反応Ｏ＋ｎ．ｅ−→Ｒｎ−が起こるので−ｖｅとなり、Ｏは電極アセンブリに入り、Ｒｎ−の増加分はアセンブリから離れる。この電荷は電解質の体積流と同じ方向に移動し、その電荷は負であるので、図３に示す体積流と逆方向の電流を形成する。この電流は外部の電気負荷の電流と同じ方向である。
【００６７】
この電流の値は以下の式により求められる。
2006506535.tif 000010
Ｖは領域Ｏの体積である。
【００６８】
ＡＣ電圧が印加され、電解質の体積流がない場合、電流Ｉｓは、＋ｖｅ作用電極において生成されたＲｎ−の流れから作られ、＋ｖｅ仮想電極に向かって流れ、そして、この電流は電圧傾斜によって誘起される他の移入電流に加わる。
【００６９】
この構成における電流の考察から、図２に示す等価回路が構築される。
＋ｖｅ作用電極における電流の総和は以下の式で表される。
2006506535.tif 000011
ｓは積分を置換するラプラス変換変数であり、ＶＯとＶＶはこれらの変数のラプラス変換である。時間領域において、ＶＶが単位ステップ関数であるなら、ＶＯは以下の式で求められる。
2006506535.tif 000012
【００７０】
等価回路の出力電圧に関するこの等式において、ＲＯが無限大で、ＲＩが零の場合、出力電流が制限値に達するために要する時間が最小になることに注意されたい。換言すれば、正負の電極セット間の抵抗値（即ち、＋ｖｅ作用電極と−ｖｅ作用電極間の抵抗、及び＋ｖｅ入力電極と−ｖｅ入力電極間の抵抗）がそのセット内の仮想電極と作用電極の間の抵抗値と比較して最大となった時、作用電極において反応を開始するために要するエネルギーは最小になる。
【００７１】
この事は、作用電極の電圧が、制限電流と負荷抵抗の組み合わせによって制限されるまで、指数関数的に上昇することを示す。制限電流に達するまでの時間は以下の式により求められる。
2006506535.tif 000013
【００７２】
定常状態において、作用電極に入り込む回路は、非常に高い電源圧を有する定電流源である。この定電流値は、入力電極におけるＡＣ電圧の関数ではなく、電解質の体積流量及び活性核種の関数である。無負荷電流時に、ＶＯは以下の式で表される値で安定する。
2006506535.tif 000014
【００７３】
この事は、反応が作用電極において「点火」され、定電流源が生成されることを意味し、この定電流源は、外部の電気負荷を遮断するか、又は電解質の体積流を止めるかのどちらかによって消滅する。
【００７４】
一実施例として、電解質が水酸化ナトリウムの水溶液の場合、＋ｖｅ作用電極における反応は次のようになる。
2006506535.tif 000015
また、−ｖｅ作用電極における反応は次のようになる。
2006506535.tif 000016
体積流による領域Ｏにおける電流は、余剰ＯＨ−イオンによる。これらの反応はガスを発生させるので、図３に示す作用電極の構成において、多孔膜がガスを抽出するために使用されることに注意されたい。生成されたガスが有用であるか、又は望ましい生成物であるならば、これは有益となり得る。もしエネルギー変換が目的であるならば、より適切な反応セットは、リチウムイオン槽内におけるグラファイト電極によるリチウムイオン（Ｌｉ＋）の放出と吸収である。この場合、放出されるガスは存在しないので、多孔膜は不要であり、電極アセンブリは、２つのグラファイト電極の間に電気絶縁シートを挟むことによって実現できる。溶液は有機溶媒内の単純なリチウム塩、例えば、ＬｉＳである。
【００７５】
通常の電解槽における均衡状態で、一対の電極間に自然に現われる電圧は、各電極について、見掛けの半電池の電位間の差、Ｅｏである。ここで、「均衡状態」とは、電解槽内の各電極／電解質インターフェイスにおいて、Ｏ＋ｎ．ｅ−→Ｒｎ−が起きる「正味の」反応が存在しないことである。この事は、反応がバランスしていること、即ち、順方向の反応Ｏ＋ｎ．ｅ−→Ｒｎ−と逆方向の反応Ｏ＋ｎ．ｅ−←Ｒｎ−が、同等且つ逆比で起こり、正味の反応が零であることを意味する。これらの条件下において、各電極における見掛けの半電池電位を求める等式は、以下のネルンストの式である。
2006506535.tif 000017
また、任意の二電極間の電位差は、二つの電極のこれら電位の差である。この等式におけるＯとＲは、この反応に参画している核種ＯとＲの相対濃度である。通常の電解槽において、これらの濃度の比率は、反応に参画するＯとＲの分子の相対数によって与えられ、Ｅ０は（反応のギブズの自由エネルギー）ＸｎＸＦであり、任意の二電極間の電位差がその電極で起きる電気化学反応によって決定する。このことは、本発明の電解槽には当てはまらない。平衡状態において、作用電極間に現われる電圧は、印加ＡＣ電圧と電解回路の分岐の相対抵抗によって決まる。平衡状態において、電極／電解質インターフェイスでＯ＋ｎ．ｅ−→Ｒｎ−型の反応だけが起きると仮定すると、この等式のＥ０は、反応のギブズの自由エネルギーに関連しているので、数ボルトを超えることはない。この事は、濃度の比率（Ｏ／Ｒ）に差異を作らなければならないことを意味する。何故ならば、この電位差は温度Ｔの増加から作り上げることは出来ないので（それはシステムに入る正味の電力入力を意味する）、理想状態、即ち、電解質が非常に大きな電気抵抗を有し、整流子の機械的、電気的損失は無視できる程度である状態において、電圧を発生させるエネルギー入力は存在しないためである。例えば３０Ｖ等、中程度の電圧差に対する比率（Ｏ／Ｒ）を計算すると、濃度の比率に対する値を求めることができる。この値は非常に大きく、電極／電解質インターフェイスに現れるＯの量と比較してＲは存在しないことを示している。この事は、Ｏが正に充電された核種であるならば、電極における電位差によって、作用電極の表面上に或る種の電荷分布が存在するので説明できる。電解質の体積流がなく、外部の電気負荷に電流が流れた場合、電極表面のＯはＲに変換され、Ｒの濃度は増加し、Ｏの濃度は減少し、二つの作用電極間の電圧差は、一部はネルンストの式で決まり、一部は電極における反応の比率によって決まり、また部分的には、作用電極へのＯの供給は、電界によるＯの移入によってのみ決まる。電解質の体積流がある場合、状況は異なる。ネルンストの等式におけるＯとＲの濃度比は、ＯとＲの部分圧の比と同じであるので、この等式内に現れている。体積流がない場合、外部電気負荷に電流が流れているときのＯの部分圧の減少は、電極に対するＯの移入と、電極におけるＯからＲへの変換とによってのみ決定され、その結果、非常に高い部分圧は存在しない。体積流がある場合、作用電極へのＯの供給もその流れによって決まる。流れと拡散によるＯの供給比が、Ｒの或る有限の部分圧に対し、ＯとＲの部分圧の比が非常に高くなるような値である場合、核融合反応が開始されて充電された核種Ｏを伴い、この場合、反応は、他に発生する反応及びネルンストの等式で求まる電圧を徐々に引き継ぐことが想定される。それ故、作用電極間の電位差は、この反応に関連するギブズの自由エネルギーに比例する。この反応からの電力出力は、外部の電気的負荷ＲＬによって制御されるので、単位時間当たりに使用される反応物質の量の面での核反応の比率は極めて小さいと言える。反応物質は、溶質と溶媒の選択によって決めることが出来る。水酸化ナトリウムの水溶液の場合、＋ｖｅ電極における反応物質はナトリウム原子核の組み合わせと想定され、−ｖｅ電極においては、酸素又は水素原子核の組み合わせと想定される。核反応の比率が非常に低く、反応物質が選択できるので、反応による放射レベルを非常に低くでき、放射能のタイプも相対的に安全に出来る。即ち、高エネルギー中性子の放射は必ずしも必要でない。
【００７６】
本発明で述べた電解回路の要素により、非常に幅広い規模で装置が建設可能となる。
【００７７】
具体的な実施面から本発明を記述してきたが、液体整流子、作用電極、ポンプ手段、及び電解質コンテナについて別の要素を使用しても本発明を構築できることは明らかである。
【００７８】
参照文献：
１：Ｊ．Ｖ．Ｋｅｒｋｅｌ 及び Ａ．Ｊ．Ｂａｒｄ．Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．５４．４７．（１９７４）。
ここで参照することにより、本書の内容（特に、本明細書で指定した部分）を本発明に包含する。本明細書の内容を十分に理解するために、当文献を読まれたい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】完全な電気化学回路を示す線図である。
【図２】本発明の一実施形態の等価回路である。
【図３】作用電極の構成を示す図である。
【図４ａ】液体整流子の構成と動作を示す図である。
【図４ｂ】液体整流子の構成と動作を示す図である。
【図４ｃ】液体整流子の構成と動作を示す図である。
【図４ｄ】液体整流子の構成と動作を示す図である。
【図４ｅ】液体整流子の構成と動作を示す図である。
【図５ａ】整流子の電圧波形図である。
【図５ｂ】整流子の電圧波形図である。
【図６】整流子が所望の機能を実現するのに適した回路を示す。
【図１】
2006506535.tif 000018
【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
2006506535.tif 000022
【図４ｃ】
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【図４ｄ】
2006506535.tif 000024
【図４ｅ】
2006506535.tif 000025
【図５ａ】
2006506535.tif 000026
【図５ｂ】
2006506535.tif 000027
【図６】
2006506535.tif 000028
【国際調査報告】
2006506535.tif 000029
2006506535.tif 000030