JP2016071990A - 非常用金属空気電池構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】非常時において電源が確保されていなくても電解液を確実に容器内に注入して発電することができる非常用金属空気電池構造を提供する。
【解決手段】電解液2を柔軟バッグ11に充填して容器1より上方に支持したため、非常時には電解液2を重力により容器1内に供給することができる。手動開閉バルブ14の操作も手動のため、電源を必要とせず電源が確保されてない非常時においても、確実に利用することができる。
【選択図】図1
【解決手段】電解液2を柔軟バッグ11に充填して容器1より上方に支持したため、非常時には電解液2を重力により容器1内に供給することができる。手動開閉バルブ14の操作も手動のため、電源を必要とせず電源が確保されてない非常時においても、確実に利用することができる。
【選択図】図1
Description
本発明は非常用金属空気電池構造に関するものである。
従来より金属負極と空気正極を組み合わせた金属空気電池が知られている。金属負極はマグネシウム等の金属板で、容器に保持された電解液内に浸漬される。空気正極は容器に組み込まれ、内面は電解液に接し外面は大気に接する。空気正極を通して酸素を電解液内に取り込むことができる。金属負極は電子を放出して金属イオンとなり電解液中に溶出する。空気正極ではその電子を受け取り起電力が発生する(例えば、特許文献1参照)。
この金属空気電池は一次電池のため、非常用電源としての利用が期待されている。すなわち電解液を容器とは別個に保管し、非常時に利用する場合にその電解液を容器内に注入して利用する。
しかしながら、このような関連技術にあっては、非常用電源としての利用が期待されているものの、電解液が容器と別に保管されているため、実際に使用する際に電解液が容器の近くにあるとは限らない。また非常時において電解液を容器内へ確実に注入できるとも限らない。更に非常時に電源が確保されているかどうか分からないため、電動ポンプ等による電解液の自動注入も信頼性がない。
本発明は、このような関連技術に着目してなされたものであり、非常時において電源が確保されていなくても電解液を確実に容器内に注入して発電することができる非常用金属空気電池構造を提供することを目的としている。
本発明の第1の特徴によれば、金属負極と空気正極とを電解液を保持した容器に組み合わせ、金属負極と空気正極との間に電解液を存在させて起電力を得る非常用金属空気電池構造であって、前記容器の上方に電解液を充填した柔軟バッグを支持し、柔軟バッグと容器とを手動開閉バルブを有する連結パイプにて接続し、手動開閉バルブの開成時に柔軟バッグ内の電解液を容器内に供給可能である。
本発明の第2の特徴によれば、金属負極を下に空気正極を上にした状態で両極をそれぞれ水平状態で絶縁性を有するホルダに固定し、該ホルダを使用時に金属負極は電解液中に浸漬し且つ空気正極は下面のみ電解液に接する状態で容器に組み合わせた。
本発明の第3の特徴によれば、使用時に容器内の電解液を一定量ずつ排出する定量排出手段と、容器内の電解液の表面レベルを非常時に一定高さに保つ表面レベル維持手段とを設けた。
本発明の第4の特徴によれば、金属負極に不溶性溶解物を落下させる開口が形成される。
本発明の第1の特徴によれば、電解液を柔軟バッグに充填して容器より上方に支持したため、非常時に手動開閉バルブを開くと、柔軟バッグ内の電解液は重力により連結パイプを通過して確実に容器内に供給される。電解液は柔軟バッグ内に充填されているため長年保管しても蒸発したり変質したりすることがない。柔軟バッグが連結パイプで容器と接続されているため電解液は常に容器の近くにある。電解液は重力により連結パイプ内を流れ、手動開閉バルブの操作も手動のため電源を必要とせず、電源が確保されてない非常時においても、確実に利用することができる。
本発明の第2の特徴によれば、使用時に金属負極は電解液内に十分浸漬し、空気正極は水平状態で下面のみ電解液の表面に接した状態となるため、空気正極の上面から酸素を取り込むことができ、発電能力を十分に発揮することができる。空気正極は下面が電解液の表面に接しているだけなので、水圧が加わることがなく電解液が空気正極の内部又は容器外へ漏れ出すおそれがない。
本発明の第3の特徴によれば、定量排出手段により容器内の電解液を一定量ずつ排出するため、柔軟バッグ内の電解液を長時間かけて容器内の汚れた電解液と交換することができる。表面レベル維持手段により容器内の電解液の表面レベルを一定高さに保つことができるため、水平に保持された空気正極の下面のみに電解液が接した状態が維持される。また一定量ずつ容器内の電解液と入れ替わるため、容器内における電解液の劣化が抑制され、長時間の発電が可能となる。
本発明の第4の特徴によれば、金属負極に開口が形成されているため、水平に保持された金属負極の上面から発生する不溶性溶解物を開口を通して落下させることができる。不溶性溶解物を金属負極から排除することができるため、金属負極の機能を維持することができると共に不溶性溶解物の回収が容易である。
図1〜図7は本発明の好適な実施形態を示す図である。
容器1は非常時には電解液2で満たされるが、通常時は空の状態である。容器1はロート形状をしており、下方には排出筒3が形成されている。容器1の下方には密閉室4が形成されている。密閉室4の下端にはバルブ付きの排出口5が形成されている。排出筒3の下端は密閉室4の底面に当たらない高さに設定されている。
密閉室4の側面には排気パイプ6が形成されている。排気パイプ6は途中から下向きに曲折され、その下端は上部開放のボトル7内に挿入されている。排気パイプ6の曲折部には調整バルブ8が設けられている。ボトル7の内部には所定の粘性を有する合成油9が注入されている。この合成油9入りのボトル7と、排気パイプ6、密閉室4により定量排出手段10が構成される。
容器1の上方には柔軟バッグ11が図示せぬフレームにより所定高さに支持されている。柔軟バッグ11は合成樹脂製で内部に電解液2が充填されている。電解液2は塩化ナトリウム水溶液等が好適である。濃度は海水程度から飽和まで使用可能であるが5〜15重量%が好適である。pHは7〜11に調整されている。電解液2は柔軟バッグ11内に充填されているため、長期期間保管しても蒸発したり変質したりすることはない。
柔軟バッグ11の下部には連結パイプ12と開閉自在な注入パイプ13が設けられている。この注入パイプ13は柔軟バッグ11内へ電解液2を注入する際に使用される。
連結パイプ12の下端は容器1の上部側面に接続されている。すなわち連結パイプ12を介して柔軟バッグ11の下部と容器1の上部とを連結する電解液2の主流路が形成される。柔軟バッグ11が容器1より上に位置づけられるため、モータ等の動力がなくても重力にしたがって電解液2が主流路を容器1に向かって流れることができる。
さらに、連結パイプ12の途中(主流路)には手動開閉バルブ14と表面レベル維持手段15が設けられている。表面レベル維持手段15は、回転自在なL型クランク16と、その一端に取付けられ容器1内における電解液2の表面レベル位置を規定するフロート部17と、他端に取付けられ連結パイプ12を遮断自在なボール部18を備えている。フロート部17に発生する浮力がクランク16の支点のまわりのトルクとしてボール部18に伝達される。
ボール部18は連結パイプ12の折返部に形成された連結パイプ12の2つの端末開口a、bをキャップ19と一体形成されたシリコンゴム製の弾性膜20を介して閉塞することができる。すなわち、弾性膜20は端末開口a、bから離反する方向に弾性変形する特性を有し、ボール部18でこの弾性膜20を押した場合のみ端末開口a、bを閉塞して、連結パイプ12(主流路)を遮断することができる。フロート部17が容器1内において設定された電解液2の正規なレベル位置にある時に連結パイプ12を遮断し、正規のレベル位置より低い時に連結パイプ12を開通させる。したがって、レベル位置に応じて電源がない状態でも主流路の遮断と開通を制御することができる。
正規のレベル位置は容器1内に設置される空気正極21の下面の位置により規定される。空気正極21は金属負極22と一緒に樹脂製のホルダ23に保持される。空気正極21はホルダ23の上部に固定され、金属負極22はホルダ23の底面に溶着された樹脂製の網体24の上に載置されている。
金属負極22はマグネシウム合金で、マグネシウム金属にアルミニウムやカルシウム等の成分が合金化されている。金属負極22には斜め角度を有するスリット状の開口25が複数形成されている。
空気正極21と金属負極22を保持したホルダ23は、容器1の上部に図示せぬ支持手段により設置される。そして設置された空気正極21の下面の位置がフロート部17により規定される正規のレベル位置となる。
次に非常時における使用状態を説明する。まず手動開閉バルブ14を手動により開く。すると連結パイプ12が開通状態となり、柔軟バッグ11内の電解液2が容器1内に注入される。電解液2の注入は重力により行われるもので、電動ポンプ等は不要である。電解液2の注入に伴って、柔軟バッグ11は徐々にしぼんだ状態となる。
容器1内に注入された電解液2は最初は容器1から排出筒3を介して密閉室4内に流入する。密閉室4内に電解液2が流入することにより、密閉室4内の空気が圧迫され排気パイプ6より押し出される。排気パイプ6の下端は合成油9内に位置するため、排気の際に一定の抵抗を受ける。そのため容器1内に電解液2が溜まり始める。
そして容器1内で上昇する電解液2の表面が金属負極22を越して正規のレベル位置まで達した際に、電解液2が空気正極21の下面に接して発電が始まる。
正規のレベル位置よりも電解液2の表面が上昇しようとすると、フロート部17が押し上げられ、ボール部18が弾性膜20を押して連結パイプ12の2つの端末開口a、bを閉塞するため、電解液2の流入がストップする。
電解液2の流入をストップしても、容器1内の電解液2は自重により密閉室4側へ落下し、密閉室4の空気を合成油9の一定の抵抗を受けながら排出するため、電解液2は一定量ずつ密閉室4の残りのスペースへ満たされていく。
電解液2が一定量ずつ容器1から密閉室4側へ排出されることで、電解液2の表面のレベルは下がろうとするとが、そうすると今度はフロート部17が下がって、連結パイプ12の2つの端末開口a、bが開放され、電解液2の流入が始まる。
以上のようなバランスにより、柔軟バッグ11内の電解液2は一定量ずつ容器1内へ注入されると同時に容器1内の表面は正規レベルに維持される。
空気正極21は電解液2の表面と接しているだけなので、大きな水圧が加わることがなく電解液2が空気正極21の内部に漏れ出すおそれがない。
空気正極21の上面は空気に接しており、上面から酸素を取り込むことができる。従って電解液2中の金属負極22の表面からはマグネシウムイオンが溶出して電子を電解液2中に放出し、その電子を空気正極21から取り込んだ酸素で受け取ることができるため起電力が発生する。
電解液2のpHは7〜11に調整され、7以上のアルカリであることにより金属負極22から水素が発生しづらく、11以下であることにより金属負極22の表面に不動態被膜が発生しづらい。またカルシウムの合金化によっても金属負極22の表面に不動態被膜が形成されるのを抑制することができる。
溶出したマグネシウムイオンは不溶性溶解物(水酸化マグネシウム)となって密閉室4の底部に沈殿する。金属負極22の上面側からも不溶性溶解物が発生するが、その不溶性溶解物はスリット状の開口25を通って落下する。このように金属負極22を水平に設置したとしても、不溶性溶解物が金属負極22の上部に堆積することはない。そのため不溶性溶解物を金属負極22から排除することができ、金属負極22の機能を維持することができると共に、最終的に不溶性溶解物の回収が容易となる。
柔軟バッグ11内の電解液2は容器1を一回満たした後に、前述のように一定量ずつ容器1内の使用済みの電解液2と入れ替わるため、容器1内における電解液2の劣化が抑制され、長時間の発電が可能となる。
以上説明したように、この実施形態によれば、電解液2を柔軟バッグ11に充填して容器1より上方に支持したため、非常時に手動開閉バルブ14を開くと、柔軟バッグ11内の電解液2は重力により連結パイプ12を通過して確実に容器1内に供給される。電解液2は柔軟バッグ11内に充填されているため長年保管しても蒸発したり変質したりすることがない。柔軟バッグ11が連結パイプ12で容器1と接続されているため電解液2は常に容器の近くにある。電解液2は重力により連結パイプ12内を流れ、手動開閉バルブ14の操作も手動のため、電源を必要とせず電源が確保されてない非常時においても、確実に利用することができる。
尚、本実施形態においては、金属負極22や空気正極21を水平に設置する構造を例にしたが、柔軟バッグ11を用いて重力により電解液2を容器内に供給することは、金属負極を容器内に垂直配置し、空気正極を容器の側面に垂直状態で組み込んだ既存の金属空気電池にも適用できる。
1 容器
2 電解液
4 密閉室
10 定量排出手段
11 柔軟バッグ
12 連結パイプ
14 手動開閉バルブ
15 表面レベル維持手段
21 空気正極
22 金属負極
23 ホルダ
25 開口
2 電解液
4 密閉室
10 定量排出手段
11 柔軟バッグ
12 連結パイプ
14 手動開閉バルブ
15 表面レベル維持手段
21 空気正極
22 金属負極
23 ホルダ
25 開口
Claims (4)
- 金属負極と空気正極とを電解液を保持した容器に組み合わせ、金属負極と空気正極との間に電解液を存在させて起電力を得る非常用金属空気電池構造であって、
前記容器の上方に電解液を充填した柔軟バッグを支持し、柔軟バッグと容器とを手動開閉バルブを有する連結パイプにて接続し、手動開閉バルブの開成時に柔軟バッグ内の電解液を容器内に供給可能としたことを特徴とする非常用金属空気電池構造。 - 金属負極を下に空気正極を上にした状態で両極をそれぞれ水平状態で絶縁性を有するホルダに固定し、該ホルダを使用時に金属負極は電解液中に浸漬し且つ空気正極は下面のみ電解液に接する状態で容器に組み合わせたことを特徴とする非常用金属空気電池構造。
- 使用時に容器内の電解液を一定量ずつ排出する定量排出手段と、容器内の電解液の表面レベルを非常時に一定高さに保つ表面レベル維持手段とを設けたことを特徴とする請求項2記載の非常用金属空気電池構造。
- 金属負極に不溶性溶解物を落下させる開口が形成されていることを特徴とする請求項2又は請求項3記載の非常用金属空気電池構造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014198045A JP2016071990A (ja) | 2014-09-29 | 2014-09-29 | 非常用金属空気電池構造 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6130535B1 (ja) * | 2016-02-23 | 2017-05-17 | 株式会社エクスプロア | 非常用としても利用できる電源装置 |
WO2018163910A1 (ja) * | 2017-03-10 | 2018-09-13 | ineova株式会社 | 金属負極電池 |
CN108963391A (zh) * | 2018-07-23 | 2018-12-07 | Cnus技术公司 | 一种金属空气电池 |
-
2014
- 2014-09-29 JP JP2014198045A patent/JP2016071990A/ja active Pending
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