【発明の詳細な説明】
電気化学的電源の燃料交換方法とその装置
発明の概要
本発明の分野は、電気化学電池を使用する電源である。
電気化学的電源は、粒状電極を利用する電気化学的電池を使用するものとして
知られている。粒状電極は、電気化学的に活性な粒子の、或いは、電気化学的に
活性な材料が表面に電着された粒子のベッドを含む。粒状電極は、粒子上に金属
を電着するようなカソード的処理に使用され、また，電気的エネルギーを取り出
すための金属を溶解するようなアノード的処理にも使用できる。
アノード的処理を含む電気化学的電源は、これに限定されないが、金属／空気
電池、例えば、亜鉛／空気、アルミニウム／空気電池を含む。そのような金属／
空気電池は、セル中に充填されて放電中に溶解する金属粒子から成るアノードを
含み、しばしば、燃料交換電池と呼ばれる。亜鉛／空気燃料交換セルは、アノー
ド、カソード、及び電解質から成っている。アノードは、電解液中に浸漬された
亜鉛粒子から成り、不活性な導体のメッシュ又はハニカムによって適所に保持さ
れている。カソードは、一般的に、半透膜と、不活性導体のメッシュと、セルの
外側から半透膜を通して拡散して来る酸素を還元するための触媒層と、から成っ
ている。カソードとアノードは、電解液に透過性を示す電気的絶縁体により隔離
されている。亜鉛／空気燃料交換電池は、亜鉛粒子と酸素とを消費して、電気と
反応生成物を生じさせる。その反応生成物は、一般には、水溶性の亜鉛酸塩と電
解液中に懸濁する酸化亜鉛の粒子から成っている。
金属／空気燃料交換電池は、従来は電池に再充填するのに通常は数時間必要で
あるのに比較して、数分で又は数秒内で燃料交換することができる。これにより
、金属／空気燃料交換電池は、移動の用途に、例えば、電気自動車、芝刈り機，
可搬型の電源、さらに、他の多くの用途、短時間で燃料交換が好ましい用途等に
、広く適したものにすることができる。
燃料交換の過程では、新鮮な電気化学的活性粒、例えば、アルミニウム又は亜
鉛のペレット、及び、電解液が、燃料交換電池に添加され、反応生成物を含む使
用済み電解液が除かれる。通常は、反応生成物を含む使用済み電解液は、再生さ
れる。
アルミニウム／空気燃料交換電池からの使用済み電解液は、リサイクルのため
に主要な工業的設備（例えば、アルミニウム精錬所）に輸送されるか、そのまま
他の目的（例えば、水処理用）に使用されるか、どちらかでなければならなかっ
た。
亜鉛／空気燃料交換電池からの使用済み電解液の方は、より小さい工業設備で
もっと効率よく、完全に再生可能であった。このため、さらに、寄生腐食速度が
少ないために、潜在的商業用途において、亜鉛は、金属／空気燃料交換電池アノ
ード性燃料として、アルミニウムより好ましい。しかし、特に、更なる進歩が、
その寄生腐食の速度を低下させるために成されれば、アルミニウムのより高いエ
ネルギー密度が、アルミニウムをある用途には適するものにできる。
金属／空気燃料交換電池に燃料交換するいくつかの方法が、別個に、提案され
ている。１つの方法は、亜鉛／空気燃料交換電池のための補給システムで、この
システムでは、各セルの上のホッパーが、亜鉛形成装置から、各ホッパーの上部
を通る電解液の高速度ジェットによって水力学的に満たされる。この水力学的な
補給システムも、他の水力学的なシステムも、システムを亜鉛燃料を貯蔵し形成
する装置に近接させることと共に、完全な燃料交換をするには電解液を大きく循
環させる必要があるという欠点があった。このことは、芝刈り機や可搬型電源な
どの多くの用途には、不適当であり、燃料交換のたびにサービスサイトに戻すの
では実際的でなかった。
別の方法は、平面状アノードカセットを形成するために、微細な亜鉛粒と電解
液と添加剤とからなるスラリーで充填した不活性導体のハニカムを含むものであ
る。この電池は、これらのカセット（セル毎にカセット１個）を交換することに
より、燃料を交換している。このシステムは、大多数のカセットを交換する必要
があるという重大な欠点を持っている（例えば、電気自動車一台につき５２８個
）。より小さな用途、例えば、電気芝刈り機でさえ、このシステムは、各燃料交
換操作では、２４個以上のカセットの交換が必要であろう。このシステムに伴う
欠点として、亜鉛の利用率が１００％より低く、ユーザが、通常は、水酸化カリ
である苛性電解液に曝されるという危険性を含んでいる。
他の燃料交換電池の設計には、各セル上に、金属粒子の予備を収容するための
貯蔵ホッパーを利用しているが、いかにして、粒子と新しい電解液を、便利に、
信頼性高く、迅速に且つ正確に、ユーザに苛性電解液を曝すことなく、複数の貯
蔵ポッパーに供給するかという問題に適切に答えていない。これらの、さらに、
別の設計もまた、電池のセルから使用済み電解液と反応生成物とを、安全に、迅
速に、且つ便利に、取り除くと言う問題に答えていない。
こうして、金属／空気燃料交換電池には、もっと便利で安全で迅速な燃料交換
の方法と装置が必要であることは明らかである。これは、特に、金属／空気燃料
交換電池が、電気芝刈り機や可搬型の装置など、もっと小さい装置に電源供給す
るために実用的になるかどうかの状況である。特に、もし燃料交換電池システム
が、１つ以上の電気化学セルに供給できる可搬容器を含めるならば有利になるだ
ろう。もし燃料交換電池システムが、何時でも、特に、燃料交換作業ではさらに
、可搬容器の交換と再充填の過程で、ユーザが苛性の電解液に曝されることが防
止できれば、さらに好都合である。最後に、可搬容器が、金属燃料を貯蔵し形成
するための設備で、便利に、安全に、且つ迅速に再充填できれば、有利である。
発明の概要
本発明は、燃料交換電池を燃料交換し、操作するための方法と装置である。
第一に、本発明の分離した形態は、燃料交換電池に接続でき燃料交換できる可
搬容器が、電解質槽(electrolyte reservoir)、少なくとも１つの燃料区画、燃
料区画と電解液槽とを燃料接続する少なくとも１つの導管と、電解液槽と燃料区
画とに燃料接続される複数のバルブと、から成り、バルブは、燃料交換電池と結
合可能であり、接続時には、可搬容器と燃料交換電池とが、燃料交換電池の作動
中に燃料交換電池と可搬容器とを通る電解液流の回路を形成する。
第２に、本発明の形態は、燃料交換電池に接続可能な可搬容器が、少なくとも
１つの燃料区画と、少なくとも１つの燃料区画と接続し燃料交換電池と接続可能
な複数のバルブとから成り、接続時には、可搬容器と燃料交換電池とが、燃料交
換電池の作動中に燃料交換電池と可搬容器とを通る電解液の流れの回路を形成す
る。
本発明の第３の形態は、燃料交換可能な電気化学的電源が、燃料交換電池と、
燃料交換電池に分離可能に接続された可搬容器と、から成り、燃料交換電池と可
搬容器とは、燃料交換電池の作動中に燃料交換電池と可搬容器とを通る電解液流
の回路を形成する。
本発明の第４の形態は、燃料交換可能な電気化学的電源を操作する方法が、可
搬容器を燃料交換電池に結合して、燃料交換電池と可搬容器とを通る電解液流の
回路を形成すること、燃料粒子と電解液を可搬容器から燃料電池に分配すること
、燃料交換電池の放電しながら燃料粒子を反応生成物に溶解させる期間中に、電
解液をこの電池とこれに結合された可搬容器とを通して循環すること、反応生成
物と使用済み電解液とを含む可搬容器を燃料交換電池から分離して、新しい燃料
粒子と電解液とを収容した可搬容器をその燃料交換電池に結合すること、から成
っている。
図面の簡単な説明
図面においては、同様の参照番号は、いくつかの図において同じ要素を示す。
図１は、放電と再生サイクルを通じて燃料と電解液との流れを示す図である。
図２は、結合する前の可搬容器と燃料交換電池との第一の実施例の概念的説明
図である。
図３は、結合した後の図２の可搬容器と燃料交換電池との第一の実施例の概念
的説明図である。
図４は、再充填装置に結合した後の、図２と図３の可搬容器の第一の実施例の
説明図である。
図５Ａは、燃料交換電池に結合した可搬容器の第２の実施例の観念的説明図で
ある。
図５Ｂは、図５Ａに示した燃料交換電池に結合した可搬容器の側面図を示す観
念的説明図である。
図５Ｃは、図５Ａ中のＡ−Λ線に沿った断面図で、開口部中の薄いバンドを示
す。
図５Ｄは、図５Ａ中のＡ−Ａ線に沿った断面図で、部分的に閉じた部分での図
５Ｃの薄いバンドを示す。
図５Ｅは、図５Ａ中のＡ−Ａ線に沿った断面図で、完全に閉じた部分での図５
Ｃの薄いバンドを示す。
図６は、図５Ｂ中の断面Ｂで採った拡大図である。
図７Ａは、燃料交換電池に結合した可搬容器の第３の実施例の概念的説明図で
ある。
図７Ｂは、図７Ａに示した燃料交換電池に結合した可搬容器の側面図の概念的
説明図である。
図７Ｃは、図７Ａに示した燃料交換電池に結合した可搬容器の側面図の概念的
説明図である。
詳細な説明
可搬容器から燃料交換電池に電気化学的に活性な燃料粒子、例えば、亜鉛ペレ
ットと、電解液、例えば、水酸化カリウムと、を供給するシステムが開示される
が、燃料交換電池は、アノード性処理を利用する粒子状電極を有する多重電池セ
ルを利用するものである。放電した電池からの使用済み電解液と反応生成物の可
搬容器への循環も、電気化学的活性燃料粒子を貯蔵し又は生成する設備から電気
化学的活性燃料粒子と電解液とを可搬容器への供給と共に、提供される。放電し
た電池セルの使用済み電解液と反応生成物は、可搬容器から反応生成物を貯蔵又
は再生する装置に供給することができる。
１つ以上の可搬容器は、金属／空気燃料交換電池のような電気化学的装置に結
合し又は挿入することが可能である。可搬容器中の電気化学的活性燃料粒子は、
自重により自動的に、可搬容器の各々から、装置の１つ以上の電気化学的セルに
充填される。さらに、電解液は、１つ以上の可搬容器へ又はそれから、電解液に
随伴して又は加速された電気化学的活性燃料粒子又は反応生成物と共に、供給さ
れる。
可搬容器は、どんな形状でもよいが、好ましくは、電気化学的活性燃料粒子又
は電解液に不活性な材料から作られる。可搬容器は、単純で、製造が安価であり
、漏れることなく、かなりの酷使に耐えることができるものが好ましい。それら
は、効果的な貯蔵と、取扱い容易を可能にし、１つ以上の容器が結合された時に
は、電気化学的装置の物理的な安定性を低下させないための形状と寸法とがある
のがよい。
燃料交換電池のような電気化学的装置と可搬容器との間の物理的な接続器に関
して、いくつかの変形が可能である。この接続器の有利な特徴は、燃料交換電池
セルに可搬容器から燃料粒子の信頼性のある供給を促進すること、可搬容器から
その電池セルに新しい電解液の信頼できる供給の促進をすること、電池セルから
可搬容器への使用済み電解液の信頼できる供給を促進すること、さらに、あらゆ
る時に、特に、可搬容器交換の時に、ユーザーが電解液に曝される機会を最小に
すること、容易で迅速な可搬容器の交換を行うこと、電池セル間の寄生的な電気
伝導を最小にすること、空間の有効利用をはかること、単純さ、耐久性、及び低
い製造コストであること、を含んでいる。
いくつかの変形は、可搬容器とこの可搬容器のための再充填装置との間の接続
器に関しても可能である。この接続器の有利な特徴は、可搬容器から再充填装置
への使用済み電解液の信頼できる供給を促進すること、再充填装置から可搬容器
への燃料粒子の信頼性のある供給を促進すること、再充填装置から可搬容器への
新鮮な電解液の信頼性のある供給を促進すること、あらゆる時に、特に、可搬容
器に充填する際にユーザーが電解液に曝される機会を最小にすること、可搬容器
への容易で迅速な再充填を確保すること、空間の有効利用、単純さ、耐久性、及
び、低い製造コストであること、を含んでいる。
亜鉛／空気燃料交換電池の放電と再生のサイクルを通じて燃料粒子と電解液の
流れを示すフローチャート図を図１に示している。この図は、以下の過程を利用
する閉ループ系を示す。即ち、（Ａ）亜鉛燃料粒子と新鮮な電解液とを、可搬容
器再充填装置を利用して、可搬容器内に入れ、（Ｂ）可搬容器を、燃料交換電池
に輸送し、（Ｃ）可搬容器を、燃料交換電池に結合するか、挿入して、燃料交換
電池の電解液流れの回路の一部をなして、可搬容器の内容物、亜鉛燃料粒子と電
解液とが、ある期間、燃料交換電池を放電させ、（Ｄ）可搬容器は、部分的に使
用済み電解液と反応生成物を含むが、燃料交換電池から外して再充填装置に戻し
て、（Ｅ）可搬容器の内容物を再充填装置に移して、（Ａ）過程を繰り返す。さ
らに、（Ｆ）使用済み電解液と反応生成物とは、再充填装置から、亜鉛再生装置
に移して、ここで、使用済み電解液と反応生成物とは、亜鉛燃料粒子と新鮮な電
解液に再生され、（Ｇ）亜鉛燃料粒子と新鮮な電解液を再充填装置に戻す。再充
填装置と亜鉛再生装置とは、別個に分離されていても良く、又は、単一の装置全
体のなかの一体化された部分であっても良い。亜鉛以外の金属、例えば、アルミ
ニウムが使用されても、金属再生装置は、再充填装置から分離した大きな工業的
設備であっても良く、金属は再生されなくてもよい。
可搬容器１０と、燃料交換電池の結合と密封の方法の第一の実施例は、図２と
図３とに示されている。図を参照して、可搬容器１０は、説明のために示されて
いるが、アノード処理で燃料粒子６２を利用した３セル燃料交換電池４０に供給
するために設計されている。可搬容器１０と燃料交換電池４０は、共に、電池作
動中に、可搬容器１０と燃料交換電池４０を通じて電解液６０の循環のために閉
じた回路を形成している。
可搬容器１０は、水密的にされて１セットの燃料区画１２があるケース２６を
含み、燃料区画は、好ましくは、互いに電気的に絶縁されている。燃料区画は、
分離パネル２８により、互いに分離して絶縁され、分離パネル２８は、燃料区画
を互いに電気的に絶縁する材料であればどのような材料からでも作られる。
ＰＶＣやアセタールのようなプラスチック材料が、可搬容器１０のために使用
できる。燃料区画１２は、細いが比較的長い導管２４を介して互いに接続されて
いる。燃料区画１２は、電解液槽１４と、より広い導管２５を介して、接続され
ている。
フィルタ３４が、各導管２４に、又は導管２４に隣接した燃料区画１２内に配
置されて、燃料粒子が、燃料区画１２の間の導管を通じて通過するのを防止する
。もし、燃料粒子６２が導管２４に入ると、導管の詰まりや電気的短絡を生ずる
結果になる。
燃料区画１２は、亜鉛ペレットのような燃料粒子６２の容積を維持することが
でき、これらの粒子は、通常、水酸化カリウムの電解質溶液中に浸漬されている
。電解液槽は、同様に、追加の電解液の容積を保持することができる。燃料区画
１２と電解液槽１４の種々の相対的な寸法、形状及び配置が可能である。
燃料区画１２は、電解質溶液６０の容積収容するのに十分に大きく作ることが
でき、そうでなければ、電解液槽１４内に保持する。さらに、燃料区画１２は、
電解質溶液６０の流れのために、平行配置で模式的に示されているが、直列配置
も使用でき、両方の組み合わせも可能である。
これに代えて、可搬容器１０は、燃料区画１２を持たずに、電解液槽を有して
もよく、こうして、電池作動中の循環のための電解液６０を有する燃料交換電池
４０を提供することができる。
燃料区画１２には、管路１８が接続され、管路は、各管路１８の端部３が、ケ
ース２６を超えて伸びるようにケース２６を貫通している。管路１８の端部３０
は可撓性がある。管路２０が、チューブ２２を介して電解液槽１４に接続され、
この管路２０もまた、管路２０の端部３２が、ケース２６を越えて伸びるように
ケース２６を貫通している。管路２０の端部３２もまた可撓性がある。
可搬容器１０は、さらに、移動可能に可搬容器が結合されたシール部材１６を
含み、管路１８と２０とのシールとシール解除とをするために密封位置と開口位
置との間を移動可能になるように位置付けられている。こうして、管路１８と２
０は、燃料区画１２と電解液槽１４との間のバルブとして作用することが判る。
しかし、他のバルブ装置の使用も可能である。
シール部材１６は、管路１８と２０の可撓性端部３０と３２を閉じるように、
例えば、締めつけて、電解液６０や燃料粒子６２の流出を防止するように配置さ
れている。シール部材１６は、図２と図３に示すように、開口位置と密封位置と
の間にシール部材を適宜移動させる手段（不図示）を含む。どのような手段でも
このために使用可能であり、レバーやカムなどでもよい。
可搬容器１０が、燃料交換電池４０に結合されないときは、シール部材１６は
、図２の密封位置に移動させ、管路１８と２０との可撓性の端部３０と３２を閉
じる。貯蔵中と移送中は、可搬容器１０は、図２に示す方向から上側を下に向け
て貯蔵することができ、管路１８と２０からの少しづつ漏れる可能性を最小にす
ることができる。
さらに、可搬容器１０の貯蔵と移送の過程で、管路１８と２０のためカバー３
６（不図示）を付加的に密封することは、有利である。カバー３６は、管路１８
と２０の周りにケース２６上に配置された突起片（raised lip）３８（不図示）
又は同様の構造物に係止される。他の変形も可能である。カバー３６は、分離し
た部品でもよく、また、可動のヒンジで、例えば、可搬容器１０のケース２６に
、取着されてもよい。
燃料交換電池４０は、可搬容器１０を受け入れることができる形状を持ってい
る。図２と図３を参照して、説明のために示した燃料交換電池４０は、３粒子区
画電池４２からなり、各々は、上端５６と下端５２とを有する。電池セル４２は
、各電池セル４２の底端部５２に取着される細くて相対的に長い導管５４を経由
して、互いに接続されている。電池セル４２は、燃料交換電池４０の内部にある
ポンプ４４と、太い導管５５を介して、接続されている。
電池セル４２は、電解液６０の流れに平行な配置で模式的に示しているが、直
列配置でもよく、両者の組み合わせでもよい。直列配置においては、燃料交換電
池４０と可搬容器１０とに電解液６０をポンプ輸送するのに必要な圧力が増加し
、電池セル４２からの熱を発散させる電解液の能力が低下する。
各導管５４に、又は導管５４に隣接する電池セル４２の底部５２に、フィルタ
ー３４が配置され、燃料粒子６２が電池セル４２の間の導管５４を通るのを防止
している。燃料粒子６２が導管５４に入ると、導管５４の詰まりや電気的な短絡
が生じる。
フィルター３４は、電解液に耐えることができればどんな材料から作られても
よく、例えば、ポリプロピレンのスクリーンを巻いたものでもよく、電解液６０
は通すけれども、燃料粒子の通過は防止する。
導管５４と２４は、十分に細くして、フィルターがなくても、燃料粒子の通過
を妨げることもでき、電解液と使用済み燃料の通過は可能である。亜鉛ペレット
などの燃料粒子６２は、燃料交換電池の動作中にその寸法が変わる。０．０２４
インチ、０．０３０インチ又は０．０４０インチの直径の亜鉛ペレットが使用で
きる。しかし、他の寸法も他の燃料と同様に使用できる。
導管５４は、細くて比較的に長いので、電解液６０を通じて電池セル４２間の
電導度と寄生電流漏れとを実質的と最小にすることができる。同様に、導管２４
も、細くて比較的長いものがよく、電解液６０を通じて燃料区画１２間の電導度
と寄生電流漏れとを実質的に最小とすることができる。寄生電流漏れは、電解液
の流れについて電池セル４２と燃料区画１２の直列配列により、最低にすること
もできる。
フィルター３４は、導管５４と２４への燃料粒子６２の通過を防止することが
でき、これもまた、導管を通じての電導度を最低にすることができる。もし、十
分な量の燃料粒子６２が導管５４と５２内に堆積することがあれば、電池セル４
２又は燃料区画１２の間で、燃料粒子を通じて電気的な短絡を生じる。
燃料交換電池４０の動作中に、導管５４と２４の内部の電解液６０を通じて生
じる電流漏れによる寄生エネルギー損失は、実質的に最小にするのが好ましい。
全寄生損失は、燃料交換電池４０の全出力の５％以下が好ましい。
寄生損失を低減するために、導管５４と２４の最低の直径を小さくし、その長
さを大きくすることによって、導管を通る電気抵抗は、実質的に増加させること
ができる。電解液を含む導管の電気抵抗は、
である。ここで、Ｒは、導管を通じての電気抵抗、Ｌは導管長さ、Ａは導管の断
面積、Ｃは、電解液の電導度である。例えば、１２電池セルと燃料区画とが両方
とも平行配置で成る１０００Ｗの原型システムでは、各燃料区画を電解液槽に結
合する２つの平行な導管は、燃料交換電池の１０００Ｗのうち４．５Ｗの、従っ
て０．４５％の寄生損失になる。このとき、導管は、２ｍｍ直径と１０ｍｍの長
さを有し、電解液の水酸化カリウムの電導度は、０．２５ｍｈｏ／ｃｍである。
実際には、寄生損失をこのように低減できる量には、限界がある。というのは
、電解液の流動は、導管５４と２４を通じて維持されなければならず、導管５４
と２４を通じての流体の水力学的抵抗は、直径の低下と長さの増加に従って増加
する。こうして、導管の直径と長さとその数の種種を組み合わせることで、導管
５４と２４を通じて電導度とその結果の寄生損失を実質的に最低することと、電
解液６０の流動を維持することの間にバランスを達成することができる。
多数の平行な導管が、単一導管５４と２４に代えて使用することができ、１つ
の導管が詰まりを生じた場合の補助管を提供する。多数の平行導管は、水圧が閉
塞物の背後を支えて閉塞物がその場に留まるのを防止する。
開口部５０は、電池セル４２の上端５６と接続して、可搬容器１０の管路１８
の端部３０を受容するために配置されている。燃料交換電池４０は、さらに、開
口部４８にポンプ４４を接続する導管４６を含み、開口部４８は可搬容器１０の
管路２０の端部３２を受容するために配置されている。
図３に示したように、管路１８の端部３０が開口部５０に嵌り、管路２０の端
部３２が開口部４８に嵌るように、可搬容器を真下に下げることにより、燃料交
換電池４０に結合され、好ましくは、電解液６０の流れのために、接続のシール
を確保するために、わずかに変形する。別の型のシールも可能である。可搬容器
１０は、何かの便利な方法で、燃料交換電池４０に取着されてもよい。
可搬容器１０が燃料交換電池４０に一旦接続されると、シール部材１６が、開
口部分側に移動して、燃料粒子６２と電解液６０とが、管路１８を通って電池セ
ル４２に流れ、こうして燃料交換電池４０を燃料交換する。シール部材１６は何
らかの適当な機構（不図示）、例えば、レバー、カム、ネジ、その他の機構を使
用して、移動させることができる。
電池の作動中は、ポンプ４４が、電解液６０を電池セル４２の底部５２から導
管５４と５５を介して吸引し、さらに管路４６を通じて、及び、開口部４８と管
路２０とによる接続を通して可搬容器１０内にポンプ供給するようにして、電解
液６０を燃料交換電池４０と可搬容器１０とに循環させる。電解液は、チューブ
２２を通って電解液槽１４に流れ、そこから、導管２４と２５を通って燃料区画
１２に流れ込み、ここで、電解液６０は、管路１８と開口部５０とによって形成
した接続を通過して電池セル４２内に流れ落ちる。燃料粒子６２は、燃料区画１
２から電池セル４２へ下方に自由に供給され、燃料粒子６２は、電池放電の過程
で溶解する。こうして、可搬容器１０と燃料交換電池４０とが、電池動作の過程
で電解液の流れの閉じた回路を形成する。
電解液６０が、電池の連続放電を続けることができなくなるほど反応生成物の
負荷が大きくなったとき、又は、燃料粒子６２のレベルが十分に下がったとき、
燃料交換電池４０は、ポンプ４４を停止して、さらに、シール部材１６を密封位
置に移動して管路１８と２０を遮断することによって、その電池動作を止める。
可搬容器１０は、今度は、使用済み電解液と反応生成物を含むので、燃料交換電
池４０から外され、新しい電解液６０と燃料粒子６２を含んだ別の可搬容器１０
に交換される。
電解液の流れの方向は、全ての実施例で保持することができる。示された方向
は、燃料区画１２から電池セルに燃料粒子６２の信頼できる供給を促進すること
が判っている。予備電解液貯蔵用電解槽（不図示）が燃料交換電池４０の内部に
あってもよい。
図４は、再充填装置６４に取着された可搬容器１０の模式的な説明図である。
図４に示すように、再充填の操作において、可搬容器１０は、再充填装置に対し
て、上側を下にした方向で、装着される。
可搬容器１０は、再充填装置６４に結合され、管路１８の端部３０が、再充填
装置６４の対応する開口部６８に嵌り、管路２０の端部３２が、再循環装置６４
上の開口部６６に嵌り、電解液６０の流れのために密封した接続が設定され、こ
れは、可搬容器１０を燃料交換電池４０に接続するのと同様である。可搬容器１
０は、適当な手段で、再充填装置６４に取着できる。
シール部材１６は、管路１８と２０とを開けるために、密封位置から開口位置
に移動される。使用済み電解液は、それで、可搬容器１０から、可搬容器１０の
電解液槽１４の底部（図４に示す方向に）結合されているチューブ２２を経て引
き抜かれる。亜鉛ペレットのような新しい燃料粒子６２は、管路１８を通って再
充填装置６４から電解液６０で洗われて燃料区画１２に入る。この過程は、十分
な燃料粒子が燃料区画１２内で洗われる。管路１８に燃料粒子１２がなくなるま
で続けられる。もし必要なら、電解液槽１４が電解液６０で満たされるまで、予
備の電解液６０が、管路２０とチューブ２２を通って、追加される。
シール部材１６は、管路１８と２０の密封のために密封位置に移動され、燃料
粒子６２と電解液６０がさらに通過するのを防止する。次いで、可搬容器１０は
、再充填装置６４から取り除く。これで、可搬容器１０に再充填する手順が完了
する。
図５は、可搬容器７０の第２の実施例を示すが、同様の参照番号は、図２ない
し図４に示した第１の実施例と同様の部材を指している。可搬容器７０は、燃料
交換電池９０と結合する別の方法と同様に、燃料区画１２と電解液槽１４とを密
封するための別のバルブシステムを備えている。図２から図４に示したのと同様
な可搬容器７０と燃料交換電池９０が、図５に、単に、３セル配置で説明するた
めに、示されている。
可搬容器７０は、可搬容器７０の接続器表面７２に配置した複数の通過ポート
(passage ports)７４を含み、通過ポート７４は、ケース２６を通って燃料区画
１２に接続されている。通過ポート７４は、電池セル４２の上部５６に接続され
ている燃料交換電池９０の上の開口部９２に位置的に対応している。可搬容器も
また、接続器表面７２上に配置されたポート７６を有し、このポートもまた、ケ
ース２６を通り、電解液槽１４に接続されている。ポート７６は、管路４６に接
続された燃料交換電池９０上の開口部に位置的に対応している。
可搬容器７０は、さらに、可搬容器７０のケース２６に移動可能に取着され、
狭い部分８２と広い部分８４とを有する薄いバンド８０を含んでいる。薄いバン
ド８０は、苛性電解液に耐えることができるステンレス鋼又は他の十分に強い材
料から作られている。密封位置では、図５Ｅに示すように、広い部分８４がポー
ト７４と７６とを覆い、電解液６０と燃料粒子６２との流れを防止する。開口位
置では、図５Ｃに示すように、狭い部分８２がポート７４と７６上を移動して、
電解液６０と燃料粒子６２との流れを可能にする。
約０．００３”までの狭い隙間８６が、薄いバンド８０と、接続器表面７２と
の間に許容され、薄いバンド８０と接続器表面７２との間の摩擦を除いている。
隙間８６により、少量の電解液６０が燃料区画１２の間に漏れ出ることができる
。これは、燃料交換電池９０が作動しているときには、電池セル４２の間の寄生
漏れ電流が生じるが、しかし、この漏れ電流は、隙間８６が十分に狭いことを仮
定すれば、燃料交換電池９０の出力電力の少量を放散するに過ぎない。電解液６
０は、薄いバンド８０と接続器表面７２との間に配置したＯリングシール７８に
よって、隙間８６を通じて可搬容器７０から漏れるのが防止される。薄いバンド
８０とＯリングシール７８とは、図６に示すような、ガスケット部材８８により
、可搬容器７０上に所定の位置で、保持できる。ガスケット部材８８により、隙
間８６を制御された厚みに維持することが可能である。
薄いバンド８０は一定の長さがあり、巻き取るためにハンドル（不図示）又は
他の手段である巻き取りリール（不図示）に取付けられて、薄いバンド８０は開
口位置と密封位置との間を移動することができる。これに代えて、薄いバンド８
０は、連続した輪であってもよく、この場合には、可搬容器７０の周りを通り、
開口位置と密封位置との間で薄いバンド８０を直線的に引く機構（不図示）又は
他の手段を備えている。
可搬容器７０の燃料交換電池９０への結合に先立って、ポート７４と７６を密
封するように、薄いバンド８０は、密封位置にある。可搬容器７０の燃料交換電
池９０への結合後は、燃料粒子６２と、電解液６０とは、ポート７４と７６を通
過することができるように、薄いバンド８０が開口位置に移動される。
燃料交換電池９０の作動中は、ポンプ４４が、電解液６０を電池セル４２の底
部５２から、管路４６を通り、開口部９４とポート７６との接続部を通過して可
搬容器７０内に、さらに、チューブ２２を通って電解液槽１４に、そこからさら
に、導管２４と２５を経て燃料区画１２内に、ポンプ輸送され、さらに、電解液
６０は、ポート７４と開口部９２によって形成した接続器を下方へ通過し、電池
セル４２の上部に入る。
薄いバンド８０が開口位置にあるとき、図５Ｃに示すように、燃料交換電池９
０の作動中、薄いバンド８０の狭い部分８２だけが、可搬容器７０のポート７４
が配置された接続器表面７２に掛かっている。薄いバンド８０が電池セル４２を
短絡させることがないように、この狭い部分８２は、Ｏリングシール７８の外側
に配置されている。
電解液６０が電池の連続放電が維持できないほど反応生成物を十分に負荷した
とき、又は燃料粒子６２のレベルが容器／電池の接続面より低下したときは、燃
料交換電池９０は、ポンプ４４を停止して、その電池作動を停止し、薄いバンド
８０を開口位置から密封位置に移動して、ポート７４と７６を締める。可搬容器
７０は、このときは使用済み電解液と反応生成物を含むが、燃料交換電池９０か
ら結合を解いて分離され、あたらしい燃料粒子６２と新しい電解液６０を含む別
の可搬容器７０に交換される。
図７は、可搬容器１５０と燃料交換電池１７０の第３の実施例を示す。可搬容
器１５０と燃料交換電池１７０が、３セル配置で、説明の目的で、示されている
。
可搬容器１５０は、測定された量の燃料粒子６２と電解液６０とをそれぞれ収
容保持する燃料区画１５４と電解液槽１５６を有する缶１５２を含む。缶１５２
には可撓性の管路１５８と１６０とが取着され、管路１５８と１６０は、燃料区
画１５４と電解液槽１５６とにそれぞれ接続されている。可撓性の管路１５８と
１６０は、缶１５２に永久に結合され、延長された端部材１６４によって又は他
の適当な手段によって、反対側の端部に保持されている。燃料区画１５４の底部
１６６には、細くて比較的長い導管１６８が、燃料区画１５４を互いに接続して
いる。燃料区画１５４もまた、電解液槽１５６に太い導管１６５を介して接続さ
れている。
フィルター３４が、導管１６８の各々に配置されているか、導管１６８に近接
した燃料区画１５４に配置されて、導管１６８を通じて、燃料粒子６２が燃料区
画１５４の間を通るのを防止している。もし、燃料粒子６２が導管１６８に入れ
ば、導管１６８の詰まりが生じるか、電気的な短絡が生じる。
燃料交換電池１７０は、可搬容器１５０と燃料交換電池１７０との間を密封し
て結合するために、端部材１６４を受容する形状を有する１組の開口部１７０を
有する。一旦結合されると、可搬容器１５０と燃料交換電池１７０とは、電池動
作中に、電解液６０の循環のための流れの閉回路を形成する。１組の開口部は燃
料交換電池１７０の内部にあるホッパー１７４と管路１７６に接続されている。
ホッパー１７４は、電解液６０中に、ある体積の燃料粒子６２を含むように形成
されている。
各ホッパー1７４より下には、電池セル１７８が配置されている。電池セル１
７８は、各電池セル１７８の底端部１８４に接続された細くて相対的に長い導管
１８２を介して互いに接続されている。ポンプ１８０には、その１組の開口部１
７２に接続された管路１７２が接続されている。
フィルター３４が、各導管１８２に、又は、導管１８２に近接する電池セル１
７８に配置され、電池セル１７８の間の導管１８２を燃料粒子６２が通るのを防
止する。
導管１８２と１６８とは、フィルター３４なしでも燃料粒子６２の通過を防止
して、電解液６０の通過が可能にするのに十分細くされてもよい。導管１８２と
１６８は、導管５４と２４と同様に寄生損失を最小にする形状が可能である。
缶１５２の内容積は、電池セル１７８に乾燥した燃料粒子６２で満たされた時
の燃料交換電池１７０内の利用可能な容積より比較的に大きい。
燃料交換電池１７０は、電池セル１７８が乾燥した燃料粒子６２で満たされて
いる燃料交換電池１７０上の開口部１７２に、可搬容器１５０の端部材１６４を
結合することにより、燃料が充填される。缶１５２は、上方に挙げて、電解液６
０の大部分でなくて、缶１５２に含まれる燃料粒子６２を、電池セル１７８の上
側のホッパーに排出する。燃料粒子６２をホッパー１７４内に完全に空けた後、
可搬容器１５０は、図７Ｃに示す位置に下げられ、燃料交換電池１７０に固定さ
れる。
電池作動中は、ポンプ１８０が、電解液６０を、導管１８２と１８５を経由し
て電池セル１７８から管路１７６と可撓性管路１６０を通り、缶１５２の電解液
槽１５６内にポンプ供給する。次いで、電解液６０は、燃料区画１５４内に、導
管１６８と１６５を通って流れ、さらに、可撓性管路１５８を通ってホッパー１
７４内に流れる。
電解液６０は、ホッパー１７４から電池セル１７８に戻る。燃料粒子６２は、
ホッパー１７４から電池セル１７８に自由に下方に供給され、そこで、燃料粒子
６２は、電池の放電の過程で溶解する。
電解液６０は、電池の連続放電を支持することができないほど反応生成物で十
分に負荷されるか、燃料粒子６２のレベルが十分に下がると、燃料交換電池１７
０は、ポンプ１８０を停止することにより活動を止められる。可搬容器１５０は
、今度は使用済み電解液と反応生成物とを含むが、燃料交換電池１７０から分離
して、新しい燃料粒子６２と新しい電解液６０を含んだ別の可搬容器１５０に交
換される。
こうして、粒状電極を使用する多数電気化学的セルに供給する方法と装置とを
説明した。この技術分野の専門家にとって、本発明が、上に特に図示し説明した
ものに限定されないことは理解できるであろう。好ましい応用や実施例の上記の
説明は、説明のためであり、本発明は、記載のままに尽きるものでなく、またそ
れに限定されるものでもない。ここに示した発明の概念を逸脱しなければ、多く
の改良や変形が可能である。それゆえ、本発明は、請求の範囲内のあることを除
いて、何ら限定されものではない。
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フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，
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Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ
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Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ
，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，
ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ
(72)発明者 グリノ，ロナルド
アメリカ合衆国92075カリフォルニア州
ソラノ・ビーチ、セロ・ベルド・ドライブ
1013番