[发明专利]约翰逊可反转发动机

说明书

本申请是申请日为2001年7月30日，申请号为01814744.5，发明名称为“约翰逊可反转发动机”发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及利用使用具有一对电化电池的可反转发动机进行的热能和电能的相互转换。

背景技术

可以以多种方式完成热能或化学能向电能转换或电能向热能或化学能转换。已知电化电池或蓄电池依赖氧还反应，其中将被氧化的反应物中的电子转移到被还原的反应物中。随着反应物彼此分开，电子可以通过一个外电路流出，在外电路中电子可以用来执行工作。

然而，电化电池存在一个耗尽反应物的问题。尽管可采用越过电极的一个反位极化电压将电池设计成可以进行再充电，上述的再充电需要一个单独的电源。在电池再充电过程中，电池是不可使用的。

已经努力地研制燃料电池使其克服电化电池所存在的问题。典型地，通过传递越过一个阻碍非离子化物质通过的选择性电解质上的一个离子化物质来操作燃料电池。通过将多孔电极放置在电解质的任一边，可以在连接电极的一个外电路中感应一个电流。最常见的燃料电池种类是氢氧燃料电池，该氢氧燃料电池通过一个电极传递氢而通过另一个电极传递氧。在电解质电极界面结合氢和氧以此生成水。通过不断地去除水，维持一个浓度梯度以此将氢氧流感应到电池中。

然而这些类型的燃料电池也有许多缺点。必须连续提供一个氧化物给这些电池以此连续产生电。此外，这些电池产生一个必须被去除的连续的产品管流，该连续的产品管流的去除也是一个问题。这些燃料电池的多孔电极必须允许反应物进入电池。然而，随着时间的推移，这些多孔电极可能中毒或塞紧以致减慢甚至阻碍反应物的通过。上述反应物流动的减慢减少了电的产生。最后，选择适当的电解质并不总是很容易。电解质必须加速运送离子化物质以此增加电流的产生。常常离子化物质在电解质中的有限移动对产生的电流的数量是一个限制因素。

为了努力避免前述燃料电池的内在问题，已经设计了热电转换电池。这些热电转换电池利用热产生一个压力梯度以此越过一个诸如熔化钠的固态电解质感应出一个反应物流。当钠原子进入电解质时失去电子及离开电解质时获得电子从而产生电。然而这些电池也有通过钠离子所需的多孔电极塞紧的问题。而且，钠离子通过固态电解质的扩散也是很慢的，因此限制了由电池产生的电流量。这些电池也利用很难应用于这些类型装置的碱金属，因为它们具有高腐蚀性。最后，这些类型的燃料电池以极高的温度操作，典型的是在1,200绝对温标到1,500绝对温标的范围，因此它们并不适于很多用途。

因此，可见仍然需要一个电化转换系统，其不需要一个连续的反应物流。该电化转换系统不需要一个随着时间的推移而塞紧的电解质并且该电化转换系统在相对低温下可以进行操作。因此这是本发明主要给予的规定。

发明内容

在本发明的较佳形式中，一个可反转发动机包括一个第一电化电池，一个第二电化电池和一个管道系统。第一电化电池具有一个第一离子导电材料，一个安装在第一离子导电材料的一边的第一电极和一个安装在与第一电极相对的第一离子导电材料的一边第二电极。第二电化电池具有一个第二离子导电材料，一个安装在第二离子导电材料一边的第三电极以及一个安装在与第三电极相对的第二离子导电材料的一边的第四电极。管道系统具有一个第一管道和一个第二管道。第一管道有一端与第一电化电池第二电极液体交换并且其第二端与第二电化电池第三电极液体交换。第二管道有一端与第二电化电池第四电极液体交换并且其第二端与第一电化电池第一电极液体交换。热机也具有将热传递到与第二电化电池相邻的管道系统的加热设备和从与第一电化电池相邻的管道系统中传递热的冷却装置以及一个对包含在管道系统中的可电离的气体的供给源。具有该结构和穿过第一电化电池的一个电流，可电离的气体可被推动穿过第一电化电池从而增加第一管道中的压力而同时减小第二管道中的压力，由此第一管道与第二管道之间的所产生压差造成可电离的气体穿过第二电化电池，这样就在其第一电极和第二电极之间产生了一个电位差。

附图说明

图1为本发明较佳形式中的一个显示在热机装置中的可反转热机的示意图。

图2为图1中的一个可反转热机的温度熵的图解。

图3为本发明较佳形式中的一个显示在热泵装置中的可反转热机的示意图。

图4为图3中的一个可反转热机的温度熵的图解。

具体实施方式