JP2013149530A - 水電池用の給水器及びこの給水器を備えた水電池 - Google Patents

Abstract

【課題】持ち運び及び使用が簡単であり、水の存在しない環境下においても緊急時に直ちに使用可能な水電池用の給水器及びこの給水器を備えた水電池を提供する。
【解決手段】水電池用の給水器は、軸方向に収縮可能であり、水電池を作動させる液体を内部に収容するための筒状ハウジングと、この筒状ハウジングの軸方向の一端部に設けられ、内部に収容した液体を水電池内に注入するための第１の開口と、この第１の開口を閉止するための閉止部材と、筒状ハウジングの軸方向の他端部に一端が固定され、他端が第１の開口に挿通可能に構成された棒状部材とを備えており、筒状ハウジングを軸方向に収縮した際に、棒状部材の他端が第１の開口に挿通することによって閉止部材の閉止を解消し、第１の開口を開成するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、正極及び負極にイオン化傾向の異なる異種電極を用い、電解液に水又は塩水等の液体を用いる水電池用の給水器及びこの給水器を備えた水電池に関する。

イオン化傾向が互いに異なる異種電極を水や海水中に浸漬して起電力を得る水電池や海水電池は従来から良く知られており、この種の水電池や海水電池において、より高い性能を得るための提案も多数なされている。

例えば、特許文献１には、不溶性生成物の蓄積をなくして安定した放電特性を得るために、各セルから排出されたガスを１カ所に集めて排出するように構成した海水電池が開示されている。

特許文献２には、正極及び負極間距離を一定に保ちこれによって高性能かつ経済的な電池を得るために、セパレータに多孔板を用い、波形の塩化銀正極板を用いた海水電池が開示されている。

特許文献３には、より高い出力を得るために、塩化銀正極は海水の流動方向と平行に凹凸部を設け、各々独立した小片状のスペーサを正極及び負極間に配置した海水電池が開示されている。

実公昭４８−０４４１７０号公報 特開昭５０−０３５６２９号公報 特開昭６１−０５５８６９号公報

しかしながら、従来の海水電池によると、電解液として多量の海水を要すると共に、内部に貯留した海水中に正極及び負極を浸漬しておく必要があるため、取り回し及び取り扱いが難しく、簡便に持ち運びし、作動させることができなかった。また、長期間の保存が困難であった。

使用時のみ水を供給して起電する水電池が近年急速に普及しており、このような水電池によれば、長期間の保存が可能であるが、このような水電池は作動させる水を確保して注入する必要があること、及びスポイト等の水の注入具を用いる必要があるため、緊急時に直ちに作動させることが難しいものであった。

従って本発明の目的は、水電池への給水操作が簡単な水電池用の給水器及びこの給水器を備えた水電池を提供することにある。

本発明の他の目的は、水の存在しない環境下においても緊急時に直ちに使用可能な水電池用の給水器及びこの給水器を備えた水電池を提供することにある。

本発明によれば、水電池用の給水器は、軸方向に収縮可能であり、水電池を作動させる液体を内部に収容するための筒状ハウジングと、この筒状ハウジングの軸方向の一端部に設けられ、内部に収容した液体を水電池内に注入するための第１の開口と、この第１の開口を閉止するための閉止部材と、筒状ハウジングの軸方向の他端部に一端が固定され、他端が第１の開口に挿通可能に構成された棒状部材とを備えており、筒状ハウジングを軸方向に収縮した際に、棒状部材の他端が第１の開口に挿通することによって閉止部材の閉止を解消し、第１の開口を開成するように構成されている。

給水器の第１の開口を水電池の貫通孔に差し込んで連結しておき、水電池を作動させる液体を筒状ハウジング内にあらかじめ入れておくか又は作動時に入れ、筒状ハウジングの他端部を軸方向に押圧することによりこの筒状ハウジングを軸方向に収縮させると、棒状部材の他端が閉止部材に当接して押圧する。これにより、閉止部材が押し破られるか又は押し外されて、第１の開口が開成されると共に筒状ハウジング内部に圧力が印加されるので、筒状ハウジング内の液体が水電池内に注入される。その結果、この水電池が反応して起電力が発生する。水電池へ給水するために、単に筒状ハウジングの他端部を軸方向に押圧するのみで良いため、給水操作が簡単であり、また、あらかじめ液体を内部に収容した給水器を備えた水電池は、水の存在しない環境下においても緊急時に直ちに使用可能である。

筒状ハウジングの軸方向の他端部に設けられた第２の開口と、第２の開口を開成及び閉成可能な蓋部材とをさらに備えていることが好ましい。この場合、棒状部材の一端が、蓋部材に嵌合固定されていることがより好ましい。

筒状ハウジングが、蛇腹状の側壁を備えていることも好ましい。

本発明の水電池は、筒体と、筒体内に収容された複数のセルと、上述した水電池用の給水器と、筒体の一端に設けられ、水電池用の給水器の第１の開口が連結される貫通孔とを備えている。

複数のセルの各々は、正極を構成する炭素化布と、炭素化布に電気的に接続された正極引出し電極と、炭素化布に密着して設けられた塩含有布と、塩含有布に密着して設けられた吸水性を有する紙シートと、紙シートに密着して設けられていると共に負極を構成しており、正極よりイオン化傾向が高い材料で形成された金属板と、金属板に電気的に接続された負極引出し電極と、炭素化布、正極引出し電極、塩含有布、紙シート、金属板及び負極引出し電極を互いに圧着するカバー部材とを備えており、塩含有布は、複数層織綿布に塩を含浸させた布で構成されていることが好ましい。

水電池を作動させる場合、筒体内に給水器から液体を注入すると、筒体の底部にわずかに溜まったその液体が吸水性を有する紙シートを伝わって塩含有布全体を湿潤させ、その布に含有されている塩が液体内に溶出することで、塩含有布及び紙シートが正極及び負極間の電解液媒体として機能する。これにより、負極周辺において水素イオンによる放電反応が生じ、一方、炭素化布の正極では水素イオンに反応せず電子は負極から正極に移動しようとし、起電力が発生する。このように、炭素化布に塩含有布が密着して設けられ、この塩含有布に吸水性を有する紙シートが密着して設けられ、この紙シートにイオン化傾向が高い材料で形成された金属板が密着して設けられているため、わずかな量の液体が紙シートに接するのみで、電池として作動させることができる。また、カバー部材によって、炭素化布、正極引出し電極、塩含有布、紙シート、金属板及び負極引出し電極を互いに圧着させているため、負極と正極との距離をほぼ一定に保つことができる。さらに、カバー部材の取付けにより、炭素化布と正極引出し電極との電気的接続並びに金属板と負極引出し電極との電気的接続が可能となり、しかも、この接続作業をカバー部材の取付けのみで確実に実施できるため、作業工程が非常に容易となり、製造コストも安価となる。塩含有布として、１枚の布が２層以上の複数層織綿布に食塩を含有させたものを用いているため、初期電圧及び初期電流が大幅に高くなる。また、時間経過後の電圧及び電流の低下も非常に小さい。

炭素化布が、セルロース系繊維の糸からなる織布、編布、織編布又は不織布による原料繊維体を加熱炭素化してなる織布、編布、織編布又は不織布の炭素化布であることが好ましい。このように、炭素化布として特殊な炭素化布を用いることにより、初期電圧及び初期電流をいずれも大幅に高くすることができ、時間経過後の電圧及び電流の低下を共に小さくすることができる。

水電池へ給水するために、単に筒状ハウジングの他端部を軸方向に押圧するのみで良いため、給水操作が簡単であり、また、あらかじめ液体を内部に収容した給水器を備えた水電池は、水の存在しない環境下においても緊急時に直ちに使用可能である。

本発明の一実施形態として、給水器付水電池を用いた懐中電灯の構成を概略的に示す斜視図である。 図１の実施形態における給水器付水電池の構成を概略的に示す斜視図である。 図１の実施形態における給水器の構成を概略的に示す断面図である。 図１の実施形態における給水器の構成を概略的に示す分解断面図である。 図１の実施形態における給水器を使用している状態を概略的に示す断面図である。 図１の実施形態において給水器を取り外した状態の水電池の構成を概略的に示す斜視図である。 図１の実施形態における水電池のセルの具体的な構造を示す斜視図である。 図１の実施形態における各セルの具体的な構造を詳しく示す斜視図である。 各セルにおける電極面積と電圧及び電流との関係を表す特性図である。 各セルにおける電極の数と電圧及び電流との関係を表す特性図である。 １層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布を用いた場合の食塩含有濃度に対する初期電圧の関係を測定した特性図である。 １層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布を用いた場合の食塩含有濃度に対する初期電流の関係を測定した特性図である。 １層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布を用い、食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電圧の関係を測定した特性図である。 １層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布を用い、食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電圧の関係を測定した特性図である。 １層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布を用い、食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電流の関係を測定した特性図である。 １層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布を用い、食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電流の関係を測定した特性図である。 食塩含有綿布及び食塩未含有綿布を用いた場合の立ち上がり時間に対する電圧の関係を測定した特性図である。 食塩含有綿布及び食塩未含有綿布を用いた場合の立ち上がり時間に対する電流の関係を測定した特性図である。 食塩含有綿布及び食塩未含有綿布を用いた場合の放置時間に対する電圧の関係を測定した特性図である。 食塩含有綿布及び食塩未含有綿布を用いた場合の放置時間に対する電流の関係を測定した特性図である。 本発明及び市販の炭素化布を用いた場合の食塩含有濃度に対する初期電圧の関係を測定した特性図である。 本発明及び市販の炭素化布を用いた場合の食塩含有濃度に対する初期電流の関係を測定した特性図である。 本発明及び市販の炭素化布を用い、食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電圧の関係を測定した特性図である。 本発明及び市販の炭素化布を用い、食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電圧の関係を測定した特性図である。 本発明及び市販の炭素化布を用い、食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電流の関係を測定した特性図である。 本発明及び市販の炭素化布を用い、食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電流の関係を測定した特性図である。

図１は本発明の一実施形態として、給水器付水電池を用いた懐中電灯（フラッシュライト）の構成を概略的に示しており、図２は本実施形態における給水器付水電池の構成を概略的に示している。

これらの図において、１０は懐中電灯の円筒形状のケース、１１はケース１０内に挿入された円筒形状の水電池、１２は水電池１１の後端面に連結されている給水器、１３はケース１０の後端開口を閉止するケース蓋をそれぞれ示している。

本実施形態における懐中電灯は、さらに、ケース１０の内部に設けられ、このケース１０に固着された懐中電灯のオンオフスイッチ１４と、そのオンオフスイッチ１４を作動させるためにケース１０の外部に突出している押しボタン１５と、ケース１０の前端部におけるケース１０の内部に設けられたＬＥＤランプ１６と、ケース１０の内部に設けられた、ＬＥＤランプ１６の駆動回路１７と、ケース１０の内部において、水電池１１から駆動回路１７までコネクタを介して電気的に接続されているリード線１８と、ケース１０の内部に設けられたＬＥＤランプ１６用の反射鏡１９と、ケース１０の内部に設けられ、反射鏡１９の前面に設けられている集光用のレンズ２０とを備えている。

図３は本実施形態における給水器１２の使用前の状態を概略的に示しており、図４はこの給水器１２の構成を分解した状態で概略的に示しており、図５はこの給水器１２を使用している状態を概略的に示している。

図３及び図４に示すように、本実施形態の給水器１２は、内部に水電池１１を作動させる液体、例えば真水や食塩水や海水等の水やその他の水電池として動作させることが可能な種々の液体を収容する円筒形状のハウジング１２ａを備えている。このハウジング１２ａは、可撓性の材料、例えばポリエチレン等の可撓性樹脂材料によって形成されており、その側壁は蛇腹（アコーディオン）形状に形成されている。このため、ハウジング１２ａは、その軸方向に収縮可能となっている。

ハウジング１２ａの軸方向の一端部には、ハウジング１２ａと同軸でありその内部に連通する小口径の注入管１２ｂが形成されている。この注入管１２ｂは水電池１１の貫通孔１１ｄ内に挿入されるように構成されている。注入管１２ｂの先端開口（本発明の第１の開口に対応する）は押し外し又は破断可能な閉止部材１２ｃで閉成されている。閉止部材１２ｃとしては、例えばアルミ箔、樹脂膜又はゴム膜等のシート部材や、樹脂又はゴム材料によるキャップ部材を用いることができる。図３〜図５に示した例では、閉止部材１２ｃとして、樹脂又はゴム材料によるキャップ部材を用いている。

ハウジング１２ａの軸方向の他端部には、ハウジング１２ａと同軸であり、その内部に連通する小口径の給水管１２ｄが形成されている。注入管１２ｂ及び給水管１２ｄはハウジング１２ａと同じ材料により一体的に形成されている。

給水管１２ｄにはその外周面に雄ネジ部１２ｄ_１が形成されており、この雄ネジ部１２ｄ_１は蓋部材１２ｅの内周面に形成された雌ネジ部１２ｅ_１と螺合できるように構成されている。この蓋部材１２ｅを螺合させ締め付けることにより、給水管１２ｄの先端開口（本発明の第２の開口に対応する）が閉成される。その際、給水管１２ｄの先端開口と蓋部材１２ｅの底面との間に環状のゴムリング１２ｆを介在させることにより、この開口が確実に密封閉成される。蓋部材１２ｅは、例えばポリエチレン等の可撓性樹脂材料、剛性の樹脂材料又は金属材料によって形成されている。

蓋部材１２ｅの雌ネジ部１２ｅ_１が形成された内周面の内側には、円筒部１２ｅ_２が同軸に形成されており、この円筒部１２ｅ_２には、例えば鉄等の金属材料による棒状部材１２ｇの一端が嵌合固定されるように構成されている。固定を確実にするために、接着剤によりこの棒状部材１２ｇの一端を固着しても良い。

ハウジング１２ａ内にあらかじめ収容しておくか又は作動時に液体を収容し、かつ注入管１２ｂを水電池１１の貫通孔１１ｄ内に挿入した状態で、ハウジング１２ａの一端を押し込んで軸方向に収縮させると、棒状部材１２ｇの望ましくは鋭利な先端である他端が注入管１２ｂ内を挿通して注入管１２ｂの先端開口に設けられた閉止部材１２ｃを突き破るか押し外す。これにより、その先端開口が開成すると共にハウジング１２ａ内部に圧力が印加されるので、ハウジング１２ａ内の液体が水電池１１内に注入される。注入量としては、本実施形態の場合、例えば１０ｃｃである。その結果、この水電池１１が反応して起電力が発生する。このように、水電池１１への給水は、単にハウジング１２ａの他端部を軸方向に押圧するのみで良いため、給水操作が簡単であり、また、あらかじめ液体を内部に収容した給水器１２を備えた水電池１１は、水の存在しない環境下においても緊急時に直ちに使用可能である。

なお、本実施形態においては、給水器１２が水電池１１の後端面にあらかじめ連結されている例が示されているが、この給水器１２を水電池１１と独立して用意しておき、作動時に水電池１１に連結するようにしても良い。水電池１１への給水完了後、給水器１２をそのまま連結した状態としておいても良いし、図６に示すように、給水器１２を取外し、貫通孔１１ｄにゴム材料又は可撓性樹脂材料等によって形成された栓２１を嵌合させるようにしても良い。また、本実施形態の給水器１２を、水電池１１とは異なる市販の水電池における注水孔にその注水管１２ｂを嵌合させて同様に使用することもできる。ただし、その場合、注水管１２ｂの径を市販の水電池の注水孔の径に合わせておく必要がある。

図６は本実施形態において給水器１２を取り外した状態の水電池１１の外部構成を概略的に示している。同図において、１１ａは水電池１１の筐体である円筒状の筒体、１１ｂは貫通孔１１ｄを備えた後端蓋体、１１ｃはリード線１８を通した後に隙間が接着剤等で密封された図示しない貫通孔を備えた前端蓋体をそれぞれ示しており、これら後端蓋体１１ｂ及び前端蓋体１１ｃは筒体１１ａの両端の開口を閉止し、接着剤で密封することにより、水電池１１は、貫通孔１１ｄを除いて水密となる。これら筒体１１ａ、後端蓋体１１ｂ及び前端蓋体１１ｃは、例えばＡＢＳ樹脂等の樹脂材料で形成されている。

この水電池１１の外形寸法は、内部に収容されるセルの寸法及び数によって適宜選択されるが、本実施形態では、例えば軸方向長さ８０ｍｍ、外径４０ｍｍに設定されている。水電池１１の外観構造も、円筒形状に限定されるものではなく、多角筒形状であっても良いし、直方体形状、錐体形状、球形形状又はその他の任意の形状とすることができる。

水電池１１内の液体が減少して起電力が低下した場合は、給水器１２の蓋部材１２ｅを外し、この部分を介して液体を新たに注入することにより、起電力は回復する。液体があらかじめ収容されている新たな給水器１２に取り替えて給水操作を行ってももちろん良い。

図７は本実施形態における水電池１１の内部に収容されるセルの具体的な構造を示しており、図８は各セルの具体的な構造を詳しく示している。

図７に示すように、本実施形態の水電池１１においては、３つのセル３０を互いに重ねたものを樹脂テープ３１等で緊縛して固定している。これら３つのセル３０の下側には吸水性を有するスポンジ３２が挿入されている。各セルの正極リード線及び負極リード線は、互いに並列接続されるように結線しハンダ付けされている。各セルの正極リード線及び負極リード線の結線状態は、この例に限定されることなく、必要に応じて種々の結線状態を適用可能である。また、内部に収容するセル３０の個数、結線形態は必要とする電圧及び電流容量によって適宜設定される。図７に示したように、３つのセル３０を並列の結線を行った場合、水電池１１からは約１．４〜１．４５Ｖ及び約３００〜４００ｍＡの出力が得られる。

各セル３０は、図８（Ｅ)に示すように、正極支持板３０ａと、この正極支持板３０ａに固着された正極引出し電極３０ｂと、炭素化布３０ｃと、塩含有布３０ｄと、吸水性を有する紙シート３０ｅと、負極を構成するマグネシウム材料による金属板３０ｆとを備えている。

正極支持板３０ａは例えばプラスチック等の絶縁材料による平板であり、正極引出し電極３０ｂはこの平板の一面又は両面に接着された例えば銅等の導電性金属材料による平板である。

この正極引出し電極３０ｂには、図８（Ａ)に示すように、正極リード線１８ａの一端がハンダ付けによって電気的に接続されている。

正極引出し電極３０ｂが固着された正極支持板３０ａには正極を構成する炭素化布３０ｃが密着して積層されている。より具体的には、図８（Ｂ)に示すように、炭素化布３０ｃは正極支持板３０ａに密着してその縦方向の周囲に巻かれている。本実施形態で用いている炭素化布３０ｃは、セルロース系繊維の糸からなる織布、編布、織編布又は不織布を原料繊維体とし、これを加熱炭素化してなる織布、編布、織編布又は不織布であり、新日本テックス株式会社が提供するものである。この炭素化布３０ｃは、剛直な炭素繊維を織ったものではなく、炭素化焼成前の出発原料であるセルロース系繊維の糸自体が柔らかく自由な方向性を持っているため、繊維が面方向のみに揃っておらず、厚さ方向にも充分に配合されているため、面方向のみならず厚さ方向にも非常に良好な電導性、誘電特性、熱伝導性及び圧縮強度を有するものである。

正極を構成する炭素化布３０ｃには、塩含有布３０ｄが密着して積層されている。より具体的には、図８（Ｃ)に示すように、塩含有布３０ｄは炭素化布３０ｂに密着してその縦方向の周囲に巻かれている。この塩含有布３０ｄは、本実施形態では、脱脂布を飽和食塩水に含浸させて乾燥させて構成されており、湿潤状態となると、その塩が溶出して電解液媒体として機能する。特に、本実施形態において、塩含有布３０ｄは、後述するように、１枚の布が２層以上の複数層織綿布に食塩を含有させたもので構成されている。

塩含有布３０ｄには、吸水性を有する紙シート３０ｅが密着して積層されている。より具体的には、図８（Ｄ)に示すように、紙シート３０ｅは塩含有布３０ｃに密着してその下側を通り正極支持板３０ａに密着するようにＵ字形に巻かれている。この紙シート３０ｅは、密度１％以下の天然パルプからなる紙のシートであり、注水されハウジング内の底部にわずかに溜まった液体を毛細管現象により吸い上げて塩含有布３０ｄ全体を湿潤させ、その布に含有されている食塩が液体内に溶出することで、後述するように、この塩含有布３０ｄ及び紙シート３０ｅが正極及び負極間の電解液媒体として機能する。

紙シート３０ｅには、負極を構成するマグネシウム材料による金属板３０ｆが密着して積層されている。より具体的には、図８（Ｅ)に示すように、マグネシウム材料による平板状の金属板３０ｆが紙シート３０ｅの片方の面上に密着して積層されている。

金属板３０ｆとしては、正極である炭素化布３０ｃよりイオン化傾向が高い材料であればマグネシウム以外にも、アルミニウム、リチウム等、種々の材料が適用可能である。また、その形状も平板に限定されるものではない。

各金属板３０ｆには、負極引出し電極３０ｇが取り付けられている。本実施形態では、負極引出し電極３０ｇとして、銅等の導電材料による例えばリベットを金属板３０ｆに挿通させて固着したものを用いている。各負極引出し電極３０ｇには、図８（Ｅ)に示すように、負極リード線１８ｂの一端がハンダ付けによって電気的に接続されている。

図８（Ｆ)に示すように、以上述べた正極支持板３０ａ、正極引出し電極３０ｂ、炭素化布３０ｃ、塩含有布３０ｄ、紙シート３０ｅ、金属板３０ｆ及び負極引出し電極３０ｇを互いに積層した積層体の回りに樹脂テープを巻き付けて緊縛し、カバー部材３０ｈを形成する。これにより、積層体全体がカバー部材３０ｈ内に堅固に圧着固定されたセル３０が得られる。カバー部材３０ｈによって、正極支持板３０ａ、正極引出し電極３０ｂ、炭素化布３０ｃ、塩含有布３０ｄ、紙シート３０ｅ、金属板３０ｆ及び負極引出し電極３０ｇが堅固に互いに圧着固定されるため、負極と正極との距離をほぼ一定に保つことができる。また、カバー部材３０ｈの形成により、炭素化布３０ｃと正極引出し電極３０ｂとの電気的接続が可能となり、しかも、この接続作業は樹脂テープを巻き付けてカバー部材３０ｈを形成するのみで確実に実施できるため、作業工程が非常に容易となり、製造コストも安価となる。なお、樹脂テープに代えて、熱収縮チューブ内に挿入して加熱することにより、この熱収縮チューブを収縮させてカバー部材３０ｈを形成しても良い。

図９はこのようなセル３０における電極面積と電圧及び電流との関係を表しており、図１０はセル３０において例えば負極に取り付ける引出し電極の数と電圧及び電流との関係を表している。図９に示すように、電極の面積を変化させても、電圧特性及び電流特性は変化しないが、負極又は正極に取り付ける引出し電極の数を変化させると、特に電流特性が大きく変化する。

前述したように、本実施形態の水電池１１のセル構成は、塩含有布３０ｄとして、１枚の布が２層以上の複数層織綿布に食塩を含有させたものを用いているため、非常に良好な電圧及び電流特性を得ることができる。以下この点について詳細に説明する。

本願発明者は、塩含有布３０ｄを１層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布で構成した複数のサンプルの初期の電圧及び電流特性について、並びにその時間経過特性について測定した。さらに、塩含有布３０ｄを１層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布で構成した複数のサンプルの食塩含有濃度に対する電圧及び電流特性について測定した。実際に測定した電圧及び電流値は、サンプルの端子電圧及び端子電流値である。周知のように、この端子電圧は、起電圧と内部抵抗による電圧降下とを加算した値に相当する。

各サンプルの構成は前述したセル３０の構成と同様である。即ち、正極としては、新日本テックス株式会社が提供する、セルロース系繊維の糸からなる織布、編布、織編布又は不織布を原料繊維体とし、これを加熱炭素化してなる織布、編布、織編布又は不織布の炭素化布３０ｃを用いた。各正極の寸法は２０ｍｍ×５０ｍｍである。負極としては、マグネシウム材料による平板状の金属板３０ｆを用いた。各負極の寸法は２０ｍｍ×５０ｍｍである。塩含有布３０ｄとしては、１層織、２層織及び３層織の脱脂綿布を用いた。各綿布を飽和食塩水に含浸させて使用している。

図１１〜図１６はその測定結果を示しており、図１１は食塩含有濃度に対する初期電圧の関係、図１２は食塩含有濃度に対する初期電流の関係、図１３は食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電圧の関係、図１４は食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電圧の関係、図１５は食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電流の関係、及び図１６は食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電流の関係をそれぞれ示している。

図１１及び図１２から分かるように、塩含有布３０ｄを構成する綿布として、１層織綿布を用いるより、２層織綿布を用いた方が初期電圧及び初期電流がいずれも大幅に高くなっており、３層織綿布を用いるとさらに高くなっている。また、図１３〜図１６から分かるように、塩含有布３０ｄを構成する綿布として、１層織綿布を用いるより、２層織綿布を用いた方が時間経過後の電圧及び電流の低下が共に小さく、３層織綿布を用いるとさらに小さくなっている。従って、１層織綿布を用いるより、２層織綿布を用いた方がより優れた電気的特性が得られ、３層織綿布を用いるとさらに優れた電気的特性が得られることとなる。換言すれば、塩含有布３０ｄを構成する綿布として、複数層織綿布を使用することが望ましいこととなる。複数層織綿布を用いることにより、各層間により多くの塩成分が含有されるために電気的特性が向上しているものと推察される。

また、図１１及び図１２から分かるように、複数層織綿布を使用した塩含有布３０ｄにおいて、食塩含有濃度が５％以上であれば充分に大きな初期電圧及び初期電流が得られている。なお、この測定例では、食塩含有濃度が２５％の場合までしか測定されていないが、初期電圧は食塩含有濃度が１５％以上でサチュレートしているため、２５％を超えても良好な特性が得られるものと推察できる。また、初期電流も食塩含有濃度が上昇するにつれて増大しているため、２５％を超えても良好な特性が得られるものと期待できる。さらに、図１３〜図１６から分かるように、複数層織綿布を使用した塩含有布３０ｄにおいて、食塩含有濃度が１０％の場合より２０％の場合により良好な時間経過後の電圧及び電流特性が得られている。従って、複数層織綿布を使用した塩含有布３０ｄにおいて、食塩含有濃度が５％以上であれば良好な電圧及び電流特性が得られるものと理解される。

さらに、本願発明者は、塩含有布３０ｄを構成する綿布に食塩を含有させたサンプルと、食塩を含有させないサンプルとの立ち上がり電圧及び電流特性について、並びにその時間経過特性について測定した。実際に測定した電圧及び電流値は、サンプルの端子電圧及び端子電流値である。

各サンプルの構成は前述したセル３０の構成と同様である。即ち、正極としては、新日本テックス株式会社が提供する、セルロース系繊維の糸からなる織布、編布、織編布又は不織布を原料繊維体とし、これを加熱炭素化してなる織布、編布、織編布又は不織布の炭素化布３０ｃを用いた。各正極の寸法は２０ｍｍ×５０ｍｍである。負極としては、マグネシウム材料による平板状の金属板３０ｆを用いた。各負極の寸法は２０ｍｍ×５０ｍｍである。綿布としては、２層織の脱脂綿布を用いた。綿布に食塩を含有させたサンプルは２０％の食塩水を３ｃｃ注水して使用し、綿布に食塩を含有させないサンプルは水道水を３ｃｃ注水して使用している。

図１７〜図２０はその測定結果を示しており、図１７は立ち上がり時間に対する電圧の関係、図１８は立ち上がり時間に対する電流の関係、図１９は放置時間に対する電圧の関係、及び図２０は放置時間に対する電流の関係をそれぞれ示している。

図１７及び図１８から分かるように、綿布として、塩含有布３０ｄのように食塩を含有する綿布を用いることにより、食塩未含有の綿布を用いる場合より、電圧及び電流がいずれも大きく、しかも、立ち上がりがはるかにに早い。また、図１９及び図２０から分かるように、綿布として、食塩を含有する綿布を用いることにより、食塩未含有の綿布を用いる場合より、時間経過後の電圧及び電流の低下が共に小さくなっている。従って、食塩未含有の綿布を用いるより、食塩含有の綿布を用いた方が優れた電気的特性が得られることとなる。

また、本実施形態において、炭素化布３０ｃとして、新日本テックス株式会社が提供する、セルロース系繊維の糸からなる織布、編布、織編布又は不織布を原料繊維体とし、これを加熱炭素化してなる織布、編布、織編布又は不織布を使用しているため、非常に良好な電圧及び電流特性を得ることができる。以下この点について詳細に説明する。

本願発明者は、炭素化布３０ｃを本発明の特殊な炭素化布、市販されている一般的な炭化布Ａ及びＢで構成した複数のサンプルの初期の電圧及び電流特性について、並びにその時間経過特性について測定した。さらに、炭素化布３０ｃを本発明の特殊な炭素化布、市販されている一般的な炭化布Ａ及びＢで構成した複数のサンプルの食塩含有濃度に対する電圧及び電流特性について測定した。実際に測定した電圧及び電流値は、サンプルの端子電圧及び端子電流値である。

各サンプルの構成は前述したセル３０の構成と同様である。即ち、正極としては、新日本テックス株式会社が提供する、セルロース系繊維の糸からなる織布、編布、織編布又は不織布を原料繊維体とし、これを加熱炭素化してなる織布、編布、織編布又は不織布の炭素化布３０ｃを用いた。各正極の寸法は２０ｍｍ×５０ｍｍである。負極としては、マグネシウム材料による平板状の金属板３０ｆを用いた。各負極の寸法は２０ｍｍ×５０ｍｍである。塩含有布３０ｄとしては、２層織の脱脂綿布を用い、これを飽和食塩水に含浸させて使用している。

図２１〜図２６はその測定結果を示しており、図２１は食塩含有濃度に対する初期電圧の関係、図２２は食塩含有濃度に対する初期電流の関係、図２３は食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電圧の関係、図２４は食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電圧の関係、図２５は食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電流の関係、及び図２６は食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電流の関係をそれぞれ示している。

図２１及び図２２から分かるように、炭素化布３０ｃとして、市販されている一般的な炭化布Ａ及びＢを用いるよりも本発明の特殊な炭素化布を用いることにより、初期電圧及び初期電流がいずれも大幅に高くなっている。また、図２３〜図２６から分かるように、炭素化布３０ｃとして、市販されている一般的な炭化布Ａ及びＢを用いるよりも本発明の特殊な炭素化布を用いることにより、時間経過後の電圧及び電流の低下が共に小さくなっている。従って、本発明の特殊な炭素化布を用いることにより、非常に優れた電気的特性が得られることとなる。

以上詳細に説明したように、本実施形態によれば、水電池１１への給水は、給水器１２のハウジング１２ａの他端部を軸方向に押圧するのみで良いため、給水操作が簡単であり、また、あらかじめ液体を内部に収容した給水器１２を備えた水電池１１は、水の存在しない環境下においても緊急時に直ちに使用可能である。しかも、あらかじめ液体を内部に収容した予備の給水器１２を用意しておけば、水の存在しない環境下においても長時間に渡って使用可能である。また、水電池１１を長期に使用しない状態においては、給水器１２内に真水や食塩水や海水等の液体を収容しなければ、持ち運びや保管が非常に容易となり、また、反応がほとんど生じないため、非常に長期間の保存が可能となる。

給水器１２から水電池１１内に少量（例えば１０ｃｃ）の液体が注入されると、筒体１１ａの底部にわずかに溜まったその液体が吸水性を有するスポンジ３２及び吸水性を有する紙シート３０ｅを伝わって塩含有布３０ｄ全体を湿潤させ、この塩含有布３０ｄに含有されている塩が液体内に溶出することで、塩含有布３０ｄ及び紙シート３０ｅが正極である炭素化布３０ｃと負極である金属板３０ｆとの間の電解液媒体として機能する。これにより、金属板３０ｆ周辺において水素イオンによる放電反応が生じ、一方、炭素化布３０ｃでは水素イオンに反応せず電子は負極である金属板３０ｆから塩含有布３０ｄ及び紙シート３０ｅを通って正極である炭素化布３０ｃに移動しようとし、起電力が発生する。このように、炭素化布３０ｃに塩含有布３０ｄが密着して設けられ、この塩含有布３０ｄに吸水性を有する紙シート３０ｅが密着して設けられ、この紙シート３０ｅにイオン化傾向が高い材料で形成された金属板３０ｆが密着して設けられているため、わずかな量の液体が紙シート３０ｅに接するのみで、電池として作動させることができる。電池の起電力が低下した場合、５ｃｃ程度の液体を給水器１２を介して追加して注水することにより、起電力は復活する。しかも、塩含有布３０ｄとして、１枚の布が２層以上の複数層織綿布に食塩を含有させたものを用いているため、非常に高い初期電圧及び初期電流を得ることができる。また、長時間経過後の電圧及び電流の低下も非常に小さい。さらに、本実施形態のごとく、炭素化布３０ｃとして特殊な炭素化布を用いることにより、初期電圧及び初期電流をいずれも大幅に高くすることができ、長時間経過後の電圧及び電流の低下を共に大幅に小さくすることができる。

また、カバー部材３０ｈによって、正極支持板３０ａ、正極引出し電極３０ｂ、炭素化布３０ｃ、塩含有布３０ｄ、紙シート３０ｅ、金属板３０ｆ及び負極引出し電極３０ｇを堅固に互いに圧着させているため、負極と正極との距離をほぼ一定に保つことができる。さらに、カバー部材３０ｈの形成により、炭素化布３０ｃと正極引出し電極３０ｂとの電気的接続が可能となり、しかも、この接続作業を樹脂テープの巻き付けでカバー部材３０ｈを形成するのみで確実に実施できるため、作業工程が非常に容易となり、製造コストも安価となる。

以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

１０ ケース
１１ 水電池
１１ａ 筒体
１１ｂ 後端蓋体
１１ｃ 前端蓋体
１１ｄ 貫通孔
１２ 給水器
１２ａ ハウジング
１２ｂ 注入管
１２ｃ 閉止部材
１２ｄ 給水管
１２ｄ_１ 雄ネジ部
１２ｅ 蓋部材
１２ｅ_１ 雌ネジ部
１２ｅ_２ 円筒部
１２ｆ ゴムリング
１２ｇ 棒状部材
１３ ケース蓋
１４ オンオフスイッチ
１５ 押しボタン
１６ ＬＥＤランプ
１７ 駆動回路
１８ リード線
１８ａ 正極リード線
１８ｂ 負極リード線
１９ 反射鏡
２０ レンズ
２１ 栓
３０ セル
３０ａ 正極支持板
３０ｂ 正極引出し電極
３０ｃ 炭素化布
３０ｄ 塩含有布
３０ｅ 紙シート
３０ｆ 金属板
３０ｇ 負極引出し電極
３０ｈ カバー部材
３１ 樹脂テープ
３２ スポンジ

Claims (7)

1. 軸方向に収縮可能であり、水電池を作動させる液体を内部に収容するための筒状ハウジングと、該筒状ハウジングの軸方向の一端部に設けられ、内部に収容した液体を前記水電池内に注入するための第１の開口と、該第１の開口を閉止するための閉止部材と、前記筒状ハウジングの軸方向の他端部に一端が固定され、他端が前記第１の開口に挿通可能に構成された棒状部材とを備えており、前記筒状ハウジングを軸方向に収縮した際に、前記棒状部材の前記他端が前記第１の開口に挿通することによって前記閉止部材の前記閉止を解消し、前記第１の開口を開成するように構成されていることを特徴とする水電池用の給水器。
2. 前記筒状ハウジングの軸方向の他端部に設けられた第２の開口と、該第２の開口を開成及び閉成可能な蓋部材とをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の水電池用の給水器。
3. 前記棒状部材の前記一端が、前記蓋部材に嵌合固定されていることを特徴とする請求項２に記載の水電池用の給水器。
4. 前記筒状ハウジングが、蛇腹状の側壁を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の水電池用の給水器。
5. 筒体と、該筒体内に収容された複数のセルと、請求項１から４のいずれか１項に記載の水電池用の給水器と、前記筒体の一端に設けられ、該水電池用の給水器の前記第１の開口が連結される貫通孔とを備えていることを特徴とする水電池。
6. 前記複数のセルの各々は、正極を構成する炭素化布と、該炭素化布に電気的に接続された正極引出し電極と、前記炭素化布に密着して設けられた塩含有布と、該塩含有布に密着して設けられた吸水性を有する紙シートと、該紙シートに密着して設けられていると共に負極を構成しており、前記正極よりイオン化傾向が高い材料で形成された金属板と、該金属板に電気的に接続された負極引出し電極と、前記炭素化布、前記正極引出し電極、前記塩含有布、前記紙シート、前記金属板及び前記負極引出し電極を互いに圧着するカバー部材とを備えており、前記塩含有布は、複数層織綿布に塩を含浸させた布で構成されていることを特徴とする請求項５に記載の水電池。
7. 前記炭素化布が、セルロース系繊維の糸からなる織布、編布、織編布又は不織布による原料繊維体を加熱炭素化してなる織布、編布、織編布又は不織布の炭素化布であることを特徴とする請求項６に記載の水電池。

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