JP2002050330A

JP2002050330A - 三次元電池を内蔵したベルト

Info

Publication number: JP2002050330A
Application number: JP2000236370A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Kataoka; 俊明片岡
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2000-08-04
Publication date: 2002-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】ベルトに電池を内蔵させて、該電池から電
力を取り出して利用する方法において、従来の乾電池で
は電気容量、電池寿命、リサイクル性において充分でな
かった。また、電池の充電や交換等に多くの保守作業が
かかる等の欠点があった。【解決手段】ベルト本体に内蔵させる電源として、電
気容量、電池寿命、リサイクル性に優れたフレキシブル
な三次元電池（活物質を粉体にして一対のセル内の電解
質溶液中に懸濁させて、前記セルの複数組を積層したも
の）を１個又は複数個用いている。また、外部に供給す
る電圧に応じた電圧切換手段と、電力を外部に供給する
コネクターとを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は身体に装着する電
池内蔵ベルトに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電池内蔵ベルトとしては、衣服用
のベルトに小型電池を内蔵させ、該電池から携帯用電話
機、モバイルパソコン、ビデオカメラ、ヘッドホンステ
レオ等の携帯用電子機器へ電気を供給するものが考案さ
れており、例えば、特開平６−３０２３０７号公報に示
すように、ボタン電池をベルト本体に収納する方法ある
いはガム型電池を内蔵したケースを複数個ベルトに取り
付ける方法などが開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】衣服用のベルトに小型
電池を内蔵させて、そこから電力を取り出して利用する
方法、例えば、ボタン電池などをベルト本体に収納、あ
るいはガム型電池を内蔵したケースを複数個ベルトに取
付けて、該電池を携帯用無線機、携帯用電話機、モバイ
ルパソコン、ビデオカメラ、ヘッドホンステレオ等の携
帯用電子機器の電源として利用する方法においては、該
電池は電気容量、電池寿命、リサイクル性において必ず
しも満足できるものではない。また、該小型電池の容量
を大きくしたいときには電池ケースを増やし、且つ電池
ケース間にヒンジを設けるなどの工夫が必要となり、本
来、ベルトが持つべきフレキシブル性が著しく損なわれ
ると共に、重量増加につながる。

【０００４】また、従来の蓄電池には次に示すような問
題点があるだけでなく、充電や交換等に多くの保守作業
がかかる等の欠点があった。（１）スケールアップが不可能である。蓄電池を流れる
電流は膜の面積に比例している。例えば、膜の面積が１
ｍ²で１Ｗの蓄電池があるとすると、これを１００万ｋ
ｗにするには１０億ｍ²の面積が必要となる。これは正
方形にすると約３２ｋｍ四方となり、フランジなどをつ
くることは現実的に不可能である。また、膜の枚数を増
やして対応しても、同様にスケールアップは不可能であ
る。（２）活物質・触媒の劣化に対応できない。従来の蓄電
池では、活物質・触媒などを蓄電池の構造材として兼用
しているので、劣化した場合は取り替えるしかないが、
現実的に取り替えは不可能で、劣化した蓄電池は廃却さ
れている。（３）充放電に伴う発熱・吸熱に対応する伝熱面が設置
できない。蓄電池の充放電に伴って発熱と吸熱があり、
温度が高くなると電力変換効率が低下し、逆に温度が低
くなると反応速度が遅くなるという電池特性から、蓄電
池の中に伝熱面を設ける必要がある。しかし、従来の蓄
電池は構造が複雑なため伝熱面は設置されていない。ま
た、蓄電池が小さく出力に対して電池表面積が小さいの
で、自然放冷、吸熱させている。また、温度ヒューズな
どを使って上限温度を設定しているが、温度制御装置は
設置されていない。（４）エネルギー密度が小さい。従来の蓄電池は、電流
が膜の面積に比例している。従って、例えば、膜の面積
が１ｍ²で１Ｗの蓄電池では、１０００ｋＷの蓄電池を
作る場合、膜の面積が１ｍ²で幅０．１ｍの膜状電池１
００万個が必要となって、１０００００ｍ³の大きさに
なりエネルギー密度を大きくすることはできない。

【０００５】本発明は、活物質を粉体にして容器の中に
粉体を入れた電池を構成することにより、容易にスケー
ルアップが可能で、劣化した活物質・触媒の再生や取り
替え等に対応でき、電池内に伝熱面を設置することがで
き、しかも、エネルギー密度を大きくすることができる
三次元電池を電源に用いるか、または主電源として用い
ることにより、これらの課題を解決することを目的とし
ている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の請求項１では、身体に装着するベルトの内
部にフレキシブルな三次元電池を着脱自在に内蔵し、該
三次元電池の電力を外部に供給するためのコネクターが
前記ベルトに取付けられている三次元電池を内蔵したベ
ルトとしている。請求項２では、フレキシブルな三次元
電池が、身体に装着するベルトの内部に互いに間隔をも
って着脱自在に複数個取付けられ、該三次元電池を相互
に接続するための配線がなされ、該三次元電池の電力を
外部に供給するためのコネクターが、前記ベルトに取付
けられている三次元電池を内蔵したベルトとしている。
請求項３では、フレキシブルな三次元電池が、身体に装
着するベルトの内部に互いに間隔をもって着脱自在に複
数個取付けられ、該三次元電池を相互に接続するための
配線及び外部に供給する電圧に応じて切換可能なように
配線され、該三次元電池の電力を外部に供給するための
複数のコネクターが、前記ベルトに取付けられている三
次元電池を内蔵したベルトとしている。前記の他の実施
形態として、請求項４では、身体に装着するベルトが肩
掛け式であることを特徴とする三次元電池を内蔵したベ
ルトとしている。また、請求項５では、身体に装着する
ベルトが水中又は海中で使用できるよう防水処理されて
いることを特徴とする三次元電池を内蔵したベルトとし
ている。

【０００７】蓄電池として用いられる三次元電池につい
て、請求項６ではイオンは通過するが電気を通過させな
い部材を介して接続された一対のセルのうち、一方のセ
ルに電解質溶液を充填すると共に、該電解質溶液中に電
子を放出する活物質の粉体を懸濁させ、他方のセルに電
解質溶液を充填すると共に、該電解質溶液中に電子を吸
収する活物質の粉体を懸濁させてなる単位電池の複数組
を、前記セル間に隔壁を兼用し且つ前記粉体に接触する
導電性の集電部材を介在させて直列一体に連結し、両端
のセルに粉体と接触し且つ陽極電極及び陰極電極を兼用
した集電体を設けた三次元電池としている。

【０００８】活物質である粉体と接触する集電器につい
て、請求項７では棒状、板状又は管状の何れかである三
次元電池としている。また、請求項８では活物資である
粉体と接触する集電器が、容器内の活物質である粉体を
流動化させる液体又は気体による流動化流体分散手段又
は攪拌手段の少なくとも何れかの手段と兼用である三次
元電池としている。また、請求項９では各セルに電解質
溶液中に懸濁された粉体を流動化させるための攪拌手段
を設けた三次元電池としている。さらに、請求項１０で
は電池から送られる送電量を停止させるために、前記粉
体の流動化を停止させる機能を、前記攪拌手段に付加し
た三次元電池としている。

【０００９】請求項１１では、一対の容器内に電池内の
反応温度を一定にするための伝熱体を設けた三次元電池
としている。また、請求項１２では伝熱体が活物質であ
る粉体と接触する管状の集電体又は板状の集電体の何れ
かである三次元電池としている。

【００１０】請求項１３では、一対の容器に、それぞれ
劣化した活物質である粉体を容器から抜き出すための手
段及び活物質である粉体を容器に供給するための供給手
段を接続した三次元電池としている。また、抜出手段と
して請求項１４では、抜き出した活物質である粉体を再
生する手段又は活物質である粉体の補充を行なうメーク
アップ手段の少なくとも何れかの手段を接続し、再生さ
れるか又は新しく取り替えられた活物質の粉体が供給手
段から各容器内に供給されるようにした三次元電池とし
ている。なお、請求項１５では抜出手段には、抜き出し
た活物質である粉体を熱反応又は化学反応によって充電
状態の粉体に変化させる反応手段を接続し、充電状態と
なった活物質の粉体が供給手段から容器内に供給される
ようにした三次元電池としている。

【００１１】請求項１６では、陰極側の活物質である粉
体が水素吸蔵合金の粉体であり、陽極側の活物質である
粉体がニッケルの粉体である三次元電池としている。ま
た、請求項１７では陰極側の活物資である粉体が水素吸
蔵合金の粉体で、陰極側の流動化流体分散手段に導入さ
れる気体が水素であり、陽極側の活物質である粉体がニ
ッケルの粉体で、陽極側の流動化流体分散手段に導入さ
れる気体が酸素又は空気である三次元電池としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下図面に基づき本発明の実施形
態を説明するが、本発明は以下の実施形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施が可能である。図
１は請求項１に係るベルト本体１の内部にフレキシブル
な三次元電池１０を着脱自在に内蔵すると共に、電力を
外部に供給するためのコネクター２が設けられている三
次元電池を内蔵したベルトの概略構成図を示したもの
で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）はＡ−Ａ線断面図、（Ｃ）
はＢ−Ｂ線断面図である。図１（Ｂ）において、ベルト
本体１の内部に着脱自在に組み込んだ三次元電池１０の
陰極セル４２に内設した陰極集電器５０の一端をコネク
ター２の陰極に接続すると共に、陽極セル４４に内設し
た陽極集電器５２の一端をコネクター２の陽極に接続す
る。該コネクター２と携帯無線機、携帯用電話機、モバ
イルパソコン、ビデオカメラ、ヘッドホンステレオ等の
携帯用電子機器を電源コード（図示せず）で接続すれ
ば、前記三次元電池１０の電力が利用可能となる。ベル
ト本体１の内部に三次元電池１０を組み込む手段として
は、ベルト本体１の製造時に予め組み込む方法（図示せ
ず）があるが、本実施例では図１（Ｃ）に示すように、
ベルト本体１を被覆帯１１と三次元電池保持帯１２とに
分割し、三次元電池保持帯１２の凹部に三次元電池１０
を嵌入した後に、凹形状の被覆帯１１の凹部に前記三次
元電池保持帯１２を着脱自在に嵌入して形成している。
このようにベルトを分割して三次元電池を形成する方法
によれば、三次元電池の交換、保守等がより一層容易と
なる。なお、三次元電池１０の外形形状や大きさは、該
電池１０を利用する機器や装置等に合わせて自由に形成
することができる。例えば、本実施形態のように衣服に
装着するベルトに内蔵する場合においては、前記ベルト
の内部に収納可能な厚さの正方形、長方形或いは円形等
の形状に形成する。

【００１３】図２は請求項２に係るフレキシブルな複数
個の三次元電池１０が、ベルト本体１の内部に互いに間
隔をもって着脱自在に設けられ、該三次元電池１０を相
互に接続するための配線３が設置され、電力を外部に供
給するためのコネクター２が取付けられている複数個の
三次元電池を内蔵したベルトの概略構成図を示し、
（Ａ）は正面図、（Ｂ）はＣ−Ｃ線断面図、（Ｃ）はＤ
−Ｄ線断面図である。複数個の三次元電池１０を直列に
接続する場合には、図２（Ｂ）に示すように、配線３は
三次元電池１０の陽極セル４４と三次元電池１０の陰極
セル４２を接続し、配線３ａは三次元電池１０の陰極セ
ル４２と三次元電池１０の陽極セル４４を接続する。外
部にこれら複数個の三次元電池の電力を供給するとき
は、最端部の三次元電池１０の陰極セル４２に内設した
陰極集電器５０の一端をコネクター２の陰極に接続する
と共に、陽極セル４４に内設した陽極集電器５２の一端
をコネクター２の陽極に接続する。該コネクター２と携
帯用電子機器等を電源コード（図示せず）で接続すれ
ば、前記複数個の三次元電池の電力が利用可能となる。

【００１４】図３は請求項３に係るフレキシブルな複数
個の三次元電池１０がベルト本体１の内部に互いに間隔
をもって着脱自在に取付けられ、該三次元電池を相互に
接続するための配線４，４ａが外部に供給する電圧に応
じて切換可能なように配線され、電力を外部に供給する
ための複数のコネクター２が取付けられている複数個の
三次元電池を内蔵したベルトの概略構成図であり、
（Ａ）は正面図、（Ｂ）はＥ−Ｅ線断面図である。複数
の三次元電池を接続する場合、図３（Ｂ）に示すように
配線３、３ａはベルト本体内部に固定して設置されてい
るが、切換可能な配線４、４ａはベルト内部をスライド
させることが可能で、ベルト外部にスライド手段４ｂ
（例：小さなボタンなど）が設けられている。外部に供
給する電圧を変化させる場合には、切換可能な配線４、
４ａをスライドさせて必要な個数の三次元電池間を接続
すればよい。例えば、容量１．５Ｖの三次元電池１０を
８個直列に接続した場合においては、スライド手段４ｂ
を移動させることにより、切換可能な配線４，４ａがス
ライドして、出力電圧は１．５Ｖー３．０Ｖ−４．５Ｖ
−６．０Ｖ−７．５Ｖ−９．０Ｖ−１０．５Ｖ−１２．
０Ｖと変化し、出力電圧を自由に調整できる。これによ
り、電圧仕様が１２Ｖ以下の全ての電気製品に適用で
き、戸外等における給電用として非常に便利で、実用上
の効果を奏する。なお、複数のコネクター２が取り付け
られているが、それぞれのコネクターと電池との接続方
法は図２（Ｂ）で示した実施例と同様である。該コネク
ター２に電源コード（図示せず）で携帯用電子機器等を
接続すれば同時に複数の携帯用電子機器が利用でき、し
かも異なった電圧での利用が可能となる。

【００１５】図４は請求項４に係る身体に装着するベル
ト５が肩掛け式であることを特徴とする三次元電池を内
蔵したベルトの斜視図である。図２、図３の実施例で示
したと同様に肩掛け式ベルト５の内部に複数個のフレキ
シブルな三次元電池１０を内蔵しその接続方法は図２、
図３で示した実施例と同様である。電力を外部に供給す
るために複数個のコネクター２が取付けられ、該コネク
ター２に電源コード（図示せず）で携帯用電子機器等を
接続すれば同時に複数の携帯用電子機器が利用できる。

【００１６】図５は請求項５に係る三次元電池１０を内
蔵したベルトの一実施形態を示す一部を断面表示した図
である。図に示すように、身体に装着するベルトが水中
又は海中で使用できるようコネクター部２、２１を防水
処理している。ベルト側のコネクター２の内部にシール
機構を持つＯリング２４およびシリコーン系、エポキシ
系等の樹脂からなる封水剤２５を脱着自在にリング状に
配置し、一方の外部の携帯用電子機器へ接続するコネク
ター２１にはシリカゲル、塩化カルシウム等の絶縁性と
吸湿性を有する吸湿材２６を脱着自在に設けてある。コ
ネクター２とコネクター２１を接続したときには、ピン
２２とコンタクト２３が接続され電気接続が得られると
共に、ねじ部２８をナット部２９で締め付けてシール部
３０とＯリング２４、封水剤２５を密着させて密閉性を
実現している。さらに内部の吸湿材２６を脱着自在に設
けることで防水性を高めている。

【００１７】従来の蓄電池に替えて三次元電池１０を用
いることによる改良点のポイントは下記の通りである。
なお、本発明でいう三次元電池１０とは、活物質を粉体
にして一対のセル内の電解質溶液中に懸濁させて、前記
セルの複数組を積層したものと定義する。（１）スケールアップが可能である。蓄電池を流れる電
流は反応物質の表面積に比例している。そこで、活物質
を粉体にして電池をつくると、容器の中に粉体を入れた
三次元電池が構成される。すなわち、活物質を粉体にし
て電池をつくると、電池構造は三次元的となり、例え
ば、1リットルで１Ｗの電池ならば、１ｍ立方にすれば
１ｋＷ，１０ｍ立方にすれば１０００ｋＷ，１００ｍ立
方にすれば１００万ｋＷの電池となり、スケールアップ
が可能とな。また、活物質を粉体にして三次元電池をつ
くると、スケールメリットが発揮される。例えば、従来
の蓄電池が１ｋＷで１０万円とすれば、１００万ｋＷと
するには１００万個が必要となり１０００億円になる
が、本発明の三次元電池では、スケ−ルメリット、すな
わち、スケールが大きくなると製作単価が減少する効果
が発揮され、１億円程度で作ることができる。

【００１８】（２）劣化した活物質・触媒の再生や取替
え等が可能である。活物質・触媒は粉体にして電解質溶
液（電解液）の中で流動化させる。そして、活物質・触
媒の粉体が劣化した場合は抜き出し、再生するか、新し
い活物質・触媒に取り替えるか、又は熱反応や化学反応
で充電状態に戻して再び供給する構造とする。例えば、
活物質・触媒の粉体を容器から管によって電解液ととも
にスラリーとして抜き出し、粉体を電解液と分離して、
再生又は新品の追加等を行っ再び電解液と混合し、スラ
リーにしてスラリーポンプで三次元電池に供給する。ま
た、従来の蓄電池は、小型で約５００回の放充電が可能
であり、大型では連続８０００時間程度の作動時間であ
ったが、活物質・触媒の循環再生やメークアップ等によ
って、常に活物質・触媒が最高の状態に保たれるので、
三次元電池の寿命は電池設備の寿命となって、従来の蓄
電池の寿命を約５０倍から約１００倍に延ばす効果があ
る。

【００１９】（３）三次元電池内に伝熱面が設置でき
る。活物質・触媒は粉体にして気体、液体又は撹絆装置
で流動化し、この中に伝熱面を設置する。三次元電池内
に設置した伝熱面の伝熱は、粉体の流動化によって伝熱
速度が速く伝熱面積は小さくて良い。したがって、三次
元電池内に設置した伝熱面によって電池内の反応温度を
一定にすることができるようになり、温度が高くなると
電力変換効率が低下し、逆に温度が低くなると反応速度
が遅くなるという電池特性に対応できるようになる。ま
た、回収した熱及び冷熱を冷暖房や発電に利用すること
ができることになり、エネルギー発電効率、エネルギー
利用率が増加するという効果がある。

【００２０】（４）エネルギー密度を大きくすることが
できる。電池を流れる電流は反応物質の表面積に比例し
ている。そこで、活物質を粉体にして三次元電池を作
る。活物質を粉体にして三次元電池を作ると表面積が増
えて、例えば、１ｍ³の粉体で約３０００００ｍ²の表面
積になってエネルギー密度が大きくなる。また、例え
ば、従来の蓄電池が膜の面積１ｍ²で１Ｗであれば、３
０００ｋＷの蓄電池をつくる場合、面積１ｍ²で幅０．
１ｍの膜状電池３００万個が必要となって、３００００
０ｍ³の大きさになる。本発明の三次元電池では、これ
と同じ出力の蓄電池が粒子径１μｍの粉体を使用すれば
約１０ｍ³の大きさになり、エネルギー密度が３０００
０倍になって、エネルギー密度を大きくする効果があ
る。

【００２１】以下、三次元電池１０の実施形態について
説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定され
るものではなく、適宜変更して実施することが可能なも
のである。図６は、本発明の請求項６に係る三次元電池
１０の第１実施形態を示している。図において、フィル
ター４０を介して陰極セル４２、陽極セル４４が設けら
れ、陰極セル４２には陰極の粉体活物質及び電解質溶液
４６が装填され、陽極セル４４には陽極の粉体活物質及
び電解質溶液４８が装填されている。陰極、陽極の粉体
活物質としては、例えば、水素吸蔵合金とニッケル、カ
ドニウムとニッケル等を用いることができる。水素吸蔵
合金の具体例としては、一例として、Ｌａ_0.3（Ｃｅ，
Ｎｄ)_0.15Ｚｒ_0.05Ｎｉ_3.8Ｃｏ_0.8Ａｌ_0.5等が挙げられ
る。また、電解質溶液としては、例えば、ＫＯＨ水溶液
等が用いられる。なお、フィルター４０は、イオンを通
すためのフィルターで、粉体は通過しない膜であり、例
えば、素焼、イオン交換樹脂膜、金属繊維等が用いられ
る。

【００２２】また、陰極セル４２、陽極セル４４の中に
は、それぞれ導電体からなる陰極集電器５０、陽極集電
器５２が設けられており、前記集電器５０、５２が負荷
手段(放電の場合)又は発電手段(充電の場合)５６と接続
される。そして、粉体どうしの、あるいは粉体と集電器
５０、５２との接触効率を上げるために、気体又は液体
による流動化流体分散手段５４により各セル４２、４４
内の粉体を流動化（攪拌）させる。流動化流体分散手段
５４の代わりに、あるいは流動化流体分散手段５４とと
もに、各セル４２、４４内に羽状の撹絆機等の撹絆手段
を設けて粉体を流動化（攪拌）することもできる。

【００２３】なお、図６では図示を簡略化しているが、
流動化流体分散手段５４としては、気体又は液体をセル
内水平断面において均一に分散する分散板やスプレーノ
ズル等の装置を用いることができる。また、流動化流体
分散手段５４に導入される気体（又は液体）としては、
例えば、窒素、アルゴン等が用いられる。気体により粉
体を流動化させる場合、流動化流体分散手段５４に導入
された気体は、各セル４２、４４の上部から抜き出され
る。また、液体により粉体を流動化させる場合、流動化
流体分散手段５４に導入された液体は各セル４２、４４
の底部から抜き出される。なお、５８は電解液界面であ
る。

【００２４】つぎに本実施形態の三次元電池１０につい
て充電及び放電の詳細を説明する。（充電）三次元電池１０に電圧をかけ、陰極集電器５０
より電子を供給する。電子は陰極集電器５０より陰極の
粉体活物質に直接又は粉体を介して移動して反応する。
反応によって発生したイオンはフィルター４０を通過し
て陽極セル４４に入り、ここで陽極の粉体活物質と反応
して電子を放出する。この電子は粉体を介して、あるい
は直接、陽極集電器５２に移動して発電手段５６に送ら
れる。（放電）三次元電池１０に負荷をかけ、陰極集電器５０
より電子が供給される。電子は陰極セル４２内で陽イオ
ン化した活物質が放出し、陰極集電器５０に直接又は粉
体を介して移動する。反応によって発生したイオンはフ
ィルター４０を通過して陽極セル４４に入り、ここで陽
極の粉体活物質及び電子と反応する。電子は粉体を介し
てあるいは直接、陽極集電器５２に移動して負荷手段５
６に供給される。

【００２５】図７、図８は本発明の請求項７による三次
元電池１０を示している。図７は、集電器と活物質の粉
体との接触効率を良くするために、陰極集電器及び陽極
集電器を、それぞれ、板状陰極集電器６０、板状陽極集
電器６２として接触面積を大きくしたものである。ま
た、図８は、集電器と活物質の粉体との接触効率を良く
するために、陰極集電器及び陽極集電器を、それぞれ、
管状陰極集電器６４、管状陽極集電器６６として接触面
積を大きくしたものである。なお、集電器の表面積が大
きくなる構成であれば、板状及び管状以外の形状を採用
することも可能である。なお、その他の構成及び作用は
前記第１の実施形態と同様である。

【００２６】図９、図１０は本発明の請求項８及び９に
よる三次元電池１０を示している。図９は陰極集電器及
び陽極集電器を、それぞれ、液体又は気体による流動化
流体分散器としたものである。また、図１０は陰極集電
器及ぴ陽極集電器を、それぞれ、モータ等(図示略)によ
り回転駆動される攪拌機としたものである。図９に示す
ように、陰極集電器兼分散器６８、陽極集電器兼分散器
７０は、気体又は液体を各セル４２、４４内水平断面に
おいて均一に分散する分散板やスプレーノズル等の装置
である。なお、各セル４２、４４内に羽根状の攪拌機等
の攪拌手段を設けることも可能である。

【００２７】また、図１０に示すように、陰極集電器兼
攪拌機７２、陽極集電器兼攪拌機７４は、活物質の粉体
を攪拌（流動化）するとともに粉体と直流的に接触する
機能を兼ねている。陰極集電器兼攪拌機７２、陽極集電
器兼攪拌機７４としては、モータ等（図示略）により回
転駆動される羽根状の攪拌機等が用いられるが、攪拌手
段の構成は限定されるものではない。なお、図１０で
は、液体又は気体による流動化流体分散器７６も併用し
ているが、流動化流体分散器７６を設けない構成とする
ことも可能である。なお、その他の構成及び作用は前記
第１の実施形態と同様である。

【００２８】本発明の請求項１０に係る三次元電池１０
では、該電池１０から送られる送電量を停止させるため
の機能を有している。例えば、モータ（図示せず）によ
り回転駆動される攪拌機においては、モータ電源をＯＦ
Ｆとすることにより停止させることができる。

【００２９】図１１、図１２は、本発明の請求項１１及
び１２に係る三次元電池１０を示したものである。本実
施形態は三次元電池１０内に伝熱面を設置するととも
に、伝熱面が集電器の機能を兼ねるようにしたものであ
る。なお、伝熱面と集電器とを別個に設ける構成とする
ことも可能である。図１１に示すように、陰極セル４２
内には陰極集電器兼伝熱管８２が設けられ、陽極セル４
４内には陽極集電器兼伝熱管８４が設けられる。また、
図１２に示すように、陰極セル４２内には陰極集電器兼
伝熱板８６が設けられ、陽極セル４４内には陽極集電器
兼伝熱板８８が設けられる。図１１を参照しながら、本
実施形態の三次元電池１０について充電及ぴ放電の詳細
を説明する。（充電）三次元電池１０に電圧をかけ、陰極集電器（兼
伝熱管）８２より電子を供給すると、電子は陰極集電器
８２より陰極の粉体活物質に直接又は粉体を介して移動
して反応する。反応によって発生したイオンはフィルタ
ー４０を通過して陽極セル４４に入り、ここで陽極の粉
体活物質と反応して電子を放出する。この電子は粉体を
介して、或いは直接、陽極集電器（兼伝熱管）８４に移
動して発電手段５６に送られる。上述のとおり集電器は
陰極、陽極とも伝熱管と兼用であり、粉体の接触によっ
て電子と熱を同時に伝達する。陰極集電器兼伝熱管８
２、陽極集電器兼伝熱管８４には水や空気等の熱媒体が
流され、熱回収、熱供給が行われる。

【００３０】（放電）三次元電池１０に負荷をかけ、陰
極集電器８２より電子が供給される。電子は陰極セル４
２内で陽イオン化した活物質が放出し、陰極集電器８２
に直接又は粉体を介して移動する。反応によって発生し
たイオンはフィルター４０を通過して陽極セル４４に入
り、ここで陽極の粉体活物質及び電子と反応する。電子
は粉体を介して、或いは直接、陽極集電器８４に移動し
て負荷手段５６に供給される。

【００３１】図１２の場合は、集電器が陰極、陽極とも
空洞になった伝熱板と兼用であり、粉体の接触によって
電子と熱を同時に伝達する。陰極集電器兼伝熱板８６，
陽極集電器兼伝熱板８８には水や空気等の熱媒体が流さ
れ、熱回収、熱供給が行われる。また、充電及び放電の
詳細は図１１と同様である。なお、伝熱面の形状は管状
及び板状に限定されるものではなく、他の形状を採用し
てもよい。その他の構成及び作用は、前記第１実施形態
と同様である。なお、本実施形態の構成を、前記各実施
形態及び後述する実施形態の構成と組み合わせることも
可能である。

【００３２】図１３、図１４は、本発明の請求項１３か
ら１５に係る三次元電池１０を示すものである。本実施
形態は活物質である粉体を容器から抜き出す抜出装置及
び活物質である粉体を容器に供給する供給装置を設け、
さらに、抜き出した粉体を再生する装置、粉体のメーク
アップ（補充）を行う装置、抜き出した粉体を熱反応又
は化学反応によって充電状態の粉体に変化させる装置等
を設けたものである。まず、本実施形態の電池について
充電及び放電の詳細を説明する。（充電）三次元電池１０に電圧をかけ、陰極集電器５０
より電子を供給する。電子は陰極集電器５０より陰極の
粉体活物質に直接又は粉体を介して移動して反応する。
反応によって発生したイオンはフィルター４０を通過し
て陽極セル４４に入り、ここで陽極の粉体活物質と反応
して電子を放出する。この電子は粉体を介して、あるい
は直接、陽極集電器５２に移動して発電手段５６に送ら
れる。（放電）三次元電池１０に負荷をかけ、陰極集電器５０
より電子が供給される。電子は陰極セル４２内で陽イオ
ン化した活物質が放出し、陰極集電器４０に直接又は粉
体を介して移動する。反応によって発生したイオンはフ
ィルター４０を通過して陽極セル４４に入り、ここで陽
極の粉体活物質及び電子と反応する。電子は粉体を介し
て、又は直接、陽極集電器５２に移動して負荷手段５６
に供給される。その他の構成及び作用は、前記第１実施
形態と同様である。

【００３３】つぎに、図１３を参照しながら、活物質
（触媒）の再生、メークアップの詳細を説明する。な
お、図１３では、陰極側の構成のみを図示しているが、
同様の装置等が陽極側にも設置されている。図１３に示
すように、充放電によって劣化した活物質である粉体
は、電解質溶液（電解液）とともにスラリーとして陰極
セル４２から抜き出され、セパレーター９０で、必要な
場合は一部又は全部が廃棄される。電解液が分離され、
セパレーター９０から再生機９２に供給された粉体は、
再生機９２で塩酸による洗浄等の酸処理などが行われ
る。再生機９２で再生処理された粉体は、混合機９４に
供給されて、ここでセパレーター９０から廃棄された粉
体分に相当する量の新しい粉体がメークアップ用粉体ホ
ッパー９６から供給される。再生・メークアップされた
粉体は、混合機９４で再び電解液と混合され、スラリー
としてスラリーポンプ（図示略）から陰極セル４２に供
給される。なお、電解液を分離・混合する構成は図示を
省略している。なお、その他の構成及び作用は前記第１
の実施形態と同様である。

【００３４】また、図１４を参照しながら、反応による
再生、メークアップの詳細を説明する。なお、図１４で
は、陰極側の構成のみを図示しているが、同様の装置等
が陽極側にも設置されている。図１４に示すように、充
放電によって生成された粉体は電解液とともにスラリー
として陰極セル４２から抜き出され、セパレーター９０
で、必要な場合は一部又は全部が廃棄される。電解液が
分離され、セパレーター９０から反応器９８に供給され
た粉体は、反応器９８で、燃料供給管９９から供給され
た燃料と反応して、再び放電できる活物質となる。反応
器９８で充電状態となった粉体は、混合機９４に供給さ
れて、ここでセパレーター９０から廃棄された粉体分に
相当する量の新しい粉体がメークアップ用粉体ホッパー
９６から供給される。再生・メークアップされた粉体は
混合機９４で再び電解液と混合され、スラリーとしてス
ラリーポンプ（図示略）から陰極セル４２に供給され
る。なお、電解液を分離・混合する構成は、図示を省略
している。

【００３５】反応器９８では、例えば、ニッケル水素型
電池の場合、次の反応が行われる。Ｍ＋ｘ／２Ｈ₂→ＭＨｘこれによって充電時に行われる以下の反応で生成される
ＭＨｘと同じ活物質が生成される。Ｍ＋ｘＨ₂Ｏ＋ｘｅ^-→ＭＨｘ＋ｘＯＨ^- 陽極の反応器では、ニッケル水素型電池の場合、酸素又
は空気により次の反応が行われる。Ｎｉ（ＯＨ）₂＋１／４Ｏ₂→ＮｉＯＯＨ＋１／２Ｈ₂Ｏこれによって充電時に行われる以下の反応で生成される
ＮｉＯＯＨと同じ活物質が生成される。Ｎｉ（ＯＨ）₂＋ＯＨ^-→ＮｉＯＯＨ＋Ｈ₂Ｏ＋ｅ^- また、本実施形態の構成を、前記各実施形態の構成と適
宜組み合わせることも可能である。なお、その他の構成
及び作用は前記第１の実施形態と同様である。

【００３６】図１５は、本発明の請求項１６及び１７に
係る三次元電池１０を示している。本実施形態は、陰極
の活物質である粉体を水素吸蔵合金とし、陰極の攪拌
（流動化）用気体を水素とし、陽極の活物質である粉体
をニッケルとし、陽極の攪拌（流動化）用気体を酸素又
は空気としたものである。図１５に示すように、陰極セ
ル４２には水素吸蔵合金粉及び電解質溶液７８が装填さ
れ、陽極セル４４にはニッケル粉及び電解質溶液８０が
装填されている。また、流動化流体分散手段５４によ
り、陰極セル４２には水素が供給され、陽極セル４４に
は酸素又は空気が供給されている。なお、水素吸蔵合金
としては、例えば、Ｌａ_0.3（Ｃｅ，Ｎｄ）₀ _.15Ｚｒ
_0.05Ｎｉ_3.8Ｃｏ_0.8Ａｌ_0.5等が用いられる。また、電
解質溶液としては、例えば、ＫＯＨ水溶液等が用いられ
る。

【００３７】陰極セル４２では、水素吸蔵合金粉及び電
解質溶液７８の中に水素が供給されて次の反応が起こ
る。Ｍ＋ｘ／２Ｈ₂→ＭＨｘ負荷手段５６の負荷をかけると、水素吸蔵合金に吸蔵さ
れている水素は、電解質溶液中の水酸基と反応して電子
と水を放出する。ＭＨｘ＋ｘＯＨ^-→Ｍ＋ｘＨ₂Ｏ＋ｘｅ^- 放出された電子は、陰極集電器５０に直接又は水素吸蔵
合金粉を介して移動する。電子は陰極集電器５０より負
荷手段５６を通り陽極集電器５２に移動する。電子は、
陽極集電器５２からニッケル粉に移動し、ニッケル粉を
介して、又は直接移動して水と反応し、水酸化ニッケル
と水酸基が生成される。水酸基はフィルター４０を通過
して陰極セル４２に導かれ、水素化金属と反応する。ＮｉＯＯＨ＋Ｈ₂Ｏ＋ｅ^-→Ｎｉ（ＯＨ）₂＋ＯＨ^- 陽極セル４４では、ニッケル水素型電池の場合、酸素又
は空気により次の反応が行われる。Ｎｉ（ＯＨ）₂＋１／４Ｏ₂→ＮｉＯＯＨ＋１／２Ｈ₂Ｏこれによって充電時に行われる以下の反応で生成される
ＮｉＯＯＨと同じ活物質が生成される。Ｎｉ（ＯＨ）₂＋ＯＨ^-→ＮｉＯＯＨ＋Ｈ₂Ｏ＋ｅ^- 他の構成及び作用は、前記第１形態と同様である。な
お、本実施形態の三次元電池１０は、前記各実施形態の
構成で実施することも勿論可能である。

【００３８】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。請求項１及び請求項２
記載に係る発明においては、三次元電池を内蔵するベル
トから携帯型電子機器へ直接電力を供給できるため、電
池利用上の制約が大幅に少なくなる上に、電池の大容量
化が容易で、携帯型電子機器の使用時間を飛躍的に向上
できる。また該三次元電池はフレキシブルで軽量化が図
れるため、該ベルトを着用して警備員や警察官が携帯用
無線機や照明ランプ等を使用する場合、機器類の重量を
も減少させることができ、作業、動作が容易となり機動
性も向上できる。

【００３９】請求項３記載に係る発明においては、複数
の三次元電池を外部に供給する電圧に応じて切換可能な
ように配線されているために、異なる電圧仕様の携帯型
電子機器の利用が可能で、しかも複数のコネクターが取
付けられていることにより、同時に複数の携帯型電子機
器が利用可能となり、多様な要求に応えることができ
る。しかもより大きな容量の電力が容易に得られ、携帯
型電子機器の使用時間を飛躍的に向上でき、よりフレキ
シブルでしかも軽量になり、該ベルトを着用しての機動
性も向上する。

【００４０】請求項４記載に係る発明においては、ベル
トを肩掛け式にすることによって、前記請求項１から請
求項３記載に係る発明の効果に加えて、ベルトのずれや
回転が少なくなりより大きな負荷にも耐えることが可能
となり、電池の容量をより大きくできて、携帯型電子機
器の使用時間をさらに向上できる。

【００４１】請求項５記載に係る発明においては、身体
に装着するベルトが水中又は海中で使用できるよう防水
処理されていることにより、潜水時に必要な酸素発生装
置、照明ランプ、深度計などの機器類の電力が集中して
供給可能になる。また、三次元電池であるために、より
大きな容量の電力が容易に得られ、使用機器類の使用時
間を飛躍的に向上できるとともに、よりフレキシブルで
しかも軽量になり、該ベルトを着用しての作業、動作が
容易となる。

【００４２】また、請求項６から１７記載に係る発明に
おいては、三次元電池を用いることにより以下に示すよ
うな効果がある。（１）活物質を粉体にして容器の中に粉体を入れた電池
を構成することにより、電池構造は三次元的となり、ス
ケールアップが可能となる。また、活物質を粉体にして
電池を構成することにより、スケールが大きくなると製
作単価が減少することになり、スケールメリットが発揮
される。（２）活物質・触媒の粉体が劣化した場合は抜き出し、
再生するか、新しい活物質・触媒に取り替えるか、又は
熱反応や化学反応で充電状態に戻して、再び供給する構
成とすることにより、常に活物質・触媒が最高の状態に
保たれるので、三次元電池の寿命は電池設備の寿命とな
って、電池寿命を大幅に延ばすことができる。（３）三次元電池内に伝熱面を設置することができ、三
次元電池内に設置した伝熱面によって電池内の反応温度
を一定にすることができるようになり、温度が高くなる
と電力変換効率が低下し、逆に温度が低くなると反応速
度が遅くなるという電池特性に対応できるようになる。
また、回収した熱及び冷熱を冷暖房や発電に利用するこ
とができることになり、エネルギー発電効率、エネルギ
ー利用率が増加する。（４）活物質を粉体にして三次元電池を構成することに
より、反応物質の表面積が増えてエネルギー密度が大き
くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１に係るコネクター付きの三次
元電池内蔵ベルトの概略構成図で、（Ａ）は正面図、
（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＢ
−Ｂ線断面図である。

【図２】本発明の請求項２に係る複数の三次元電池が配
線で接続されたコネクター付きの三次元電池内蔵ベルト
の概略構成図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＣ
−Ｃ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＤ−Ｄ線断面図であ
る。

【図３】本発明の請求項３に係る複数の三次元電池が電
圧を切換可能なように配線され複数のコネクターが取付
けられている三次元電池内蔵ベルトの概略構成図で、
（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＥ−Ｅ線断面図であ
る。

【図４】本発明の請求項４に係る肩掛け式三次元電池内
蔵ベルトの斜視図である。

【図５】本発明の請求項５に係る三次元電池内蔵ベルト
の防水構造を示すコネクター部の断面図である。

【図６】本発明の請求項６に係る三次元電池の第１実施
形態を示す概略断面構成図である。

【図７】本発明の請求項７に係る三次元電池の実施形態
を示す概略断面構成図である。

【図８】本発明の請求項７に係る三次元電池の実施形態
を示す概略断面構成図である。

【図９】本発明の請求項８に係る三次元電池の実施形態
を示す概略断面構成図である。

【図１０】本発明の請求項９に係る、三次元電池の実施
形態を示す概略断面構成図である。

【図１１】本発明の請求項１１に係る、三次元電池の実
施形態を示す概略断面構成図である。

【図１２】本発明の請求項１２に係る、三次元電池の実
施形態を示す概略断面構成図である。

【図１３】本発明の請求項１３から１５に係る、三次元
電池の実施形態を示す概略断面構成図である。

【図１４】本発明の請求項１３から１５に係る、三次元
電池の実施形態を示す概略断面構成図である。

【図１５】本発明の請求項１６から１７に係る、三次元
電池の実施形態を示す概略断面構成図である。

【符号の説明】

１ベルト本体１０三次元電池１１被覆帯１２三次元電池保持帯２、２１コネクター３、３ａ配線３２リード線４、４ａ切換可能な配線４ｂスライド手段５肩掛け式ベルト２２ピン２３コンタクト２４Ｏリング２５封水剤２６吸湿材２７インシュレータ２８ねじ部２９ナット部３０シール部４０フイルター４２陰極セル４４陽極セル４６陰極の粉体活物質及び電解質溶液４８陽極の粉体活物質及び電解質溶液５０陰極集電器５２陽極集電器５４流動化流体分散手段５６負荷手段又は発電手段５８電解液界面６０板状陰極集電器６２板状陽極集電器６４管状陰極集電器６６管状陽極集電器６８陰極集電器兼分散器７０陽極集電器兼分散器７２陰極集電器兼撹幹機７４陽極集電器兼撹幹機７６流動化流体分散器７８水素吸蔵合金粉及ぴ電解質溶液８０ニッケル粉及ぴ電解質溶液８２陰極集電器兼伝熱管８４陽極集電器兼伝熱管８６陰極集電器兼伝熱板８８陽極集電器兼伝熱板９０セパレーター９２再生機９４混合機９６メークアップ用粉体ホッパー９８反応器９９燃料供給管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】身体に装着するベルトの内部に、フレキ
シブルな三次元電池（１０）を着脱自在に内蔵し、前記
三次元電池（１０）の電力を外部に供給するためのコネ
クター（２）が、前記ベルトに取付けられている三次元
電池を内蔵したベルト。
【請求項２】フレキシブルな三次元電池（１０）が、
身体に装着するベルトの内部に互いに間隔をもって着脱
自在に複数個取付けられ、前記三次元電池（１０）を相
互に接続するための配線（３、３ａ）がなされ、前記三
次元電池（１０）の電力を外部に供給するためのコネク
ター（２）が、前記ベルトに取付けられている三次元電
池を内蔵したベルト。
【請求項３】フレキシブルな三次元電池（１０）が、
身体に装着するベルトの内部に互いに間隔をもって着脱
自在に複数個取付けられ、前記三次元電池（１０）を相
互に接続するための配線（３、３ａ）及び外部に供給す
る電圧に応じて切換可能な配線（４、４ａ）が配線さ
れ、前記三次元電池（１０）の電力を外部に供給するた
めの複数のコネクター（２、２）が、前記ベルトに取付
けられている三次元電池を内蔵したベルト。
【請求項４】身体に装着するベルトが肩掛け式ベルト
（５）であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
に記載の三次元電池を内蔵したベルト。
【請求項５】身体に装着するベルトが水中又は海中で
使用できるよう防水処理されていることを特徴とする請
求項１〜４のいずれかに記載の三次元電池を内蔵したベ
ルト。
【請求項６】三次元電池が、イオンは通過するが電気
を通過させない部材を介して接続された一対のセルのう
ち、一方のセルに電解質溶液を充填すると共に、該電解
質溶液中に電子を放出する活物質の粉体を懸濁させ、他
方のセルに電解質溶液を充填すると共に、該電解質溶液
中に電子を吸収する活物質の粉体を懸濁させてなる単位
電池の複数組を、前記セル間の隔壁を兼用し且つ前記粉
体に接触する導電性の集電部材を介在させて直列一体に
連結し、両端のセルに粉体と接触し且つ陽極電極及び陰
極電極を兼用した集電体を設けた三次元電池である請求
項１〜５のいずれかに記載の三次元電池を内蔵したベル
ト。
【請求項７】活物質である粉体と接触する集電装置が
棒状、板状又は管状の何れかである三次元電池を用いた
ことを特徴とする請求項６記載の三次元電池を内蔵した
ベルト。
【請求項８】活物資である粉体と接触する集電装置
が、容器内の活物質である粉体を流動化させる液体又は
気体による流動化流体分散手段又は攪拌手段の少なくと
も何れかの手段と兼用である三次元電池を用いたことを
特徴とする請求項６記載の三次元電池を内蔵したベル
ト。
【請求項９】各セルに電解質溶液中に懸濁された粉体
を流動化させるための攪拌手段を設けた三次元電池を用
いたことを特徴とする請求項６記載の三次元電池を内蔵
したベルト。
【請求項１０】電池から送られる送電量を停止させる
ために、前記粉体の流動化を停止させる機能を、前記攪
拌手段に付加した三次元電池を用いたことを特徴とする
請求項９記載の三次元電池を内蔵したベルト。
【請求項１１】一対の容器内に、電池内の反応温度を
一定にするための伝熱体を設けた三次元電池を用いたこ
とを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載の三次
元電池を内蔵したベルト。
【請求項１２】伝熱体が活物質である粉体と接触する
管状の集電体又は板状の集電体の何れかである三次元電
池を用いたことを特徴とする請求項１１記載の三次元電
池を内蔵したベルト。
【請求項１３】一対の容器に、それぞれ劣化した活物
質である粉体を容器から抜き出すための手段及び活物質
である粉体を容器に供給するための供給手段を接続した
三次元電池を用いたことを特徴とする請求項６〜１２の
いずれかに記載の三次元電池を内蔵したベルト。
【請求項１４】抜出手段に、抜き出した活物質である
粉体を再生する手段又は活物質である粉体の補充を行な
うメークアップ手段の少なくとも何れかを接続し、再生
されるか又は新しく取り替えられた活物質の粉体が供給
手段から各容器内に供給されるようにした三次元電池を
用いたことを特徴とする請求項１３記載の三次元電池を
内蔵したベルト。
【請求項１５】抜出手段に、抜き出した活物質である
粉体を熱反応又は化学反応によって充電状態の粉体に変
化させる反応手段を接続し、充電状態となった活物質の
粉体が供給手段から容器内に供給されるようにした三次
元電池を用いたことを特徴とする請求項１３又は１４記
載の三次元電池を内蔵したベルト。
【請求項１６】陰極側の活物質である粉体が水素吸蔵
合金の粉体であり、陽極側の活物質である粉体がニッケ
ルの粉体である三次元電池を用いたことを特徴とする請
求項６〜１５のいずれかに記載の三次元電池を内蔵した
ベルト。
【請求項１７】陰極側の活物資である粉体が水素吸蔵
合金の粉体で、陰極側の流動化流体分散手段に導入され
る気体が水素であり、陽極側の活物質である粉体がニッ
ケルの粉体で、陽極側の流動化流体分散手段に導入され
る気体が酸素又は空気である三次元電池を用いたことを
特徴とする請求項６〜１６のいずれかに記載の三次元電
池を内蔵したベルト。