JP2018014292A - Battery device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池溶液を利用して電池出力を得ることができる電池装置に関する。 The present invention relates to a battery device capable of obtaining a battery output using a battery solution.
電池装置として種々のもの提案され、その一つとして燃料を利用した燃料電池装置が実用に供されている(例えば、特許文献1参照)。この燃料電池装置は、燃料電池反応により発電する発電燃料電池本体と、燃料電池本体の酸化極側に空気を供給するための空気供給系と、この燃料供給本体の燃料極側に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給系とを備えている。この燃料電池装置では、燃料として例えばメタノールが用いられ、燃料ガス供給系は、メタノールを加熱して気化させるための蒸発器と、気化されたメタノールを改質するための改質器と、改質器に改質された改質ガスに含まれる一酸化炭素を低下させるための一酸化炭素変成器を含んでいる。 Various battery devices have been proposed, and one of them is a fuel cell device using fuel (see, for example, Patent Document 1). This fuel cell device includes a power generation fuel cell body that generates power by a fuel cell reaction, an air supply system for supplying air to the oxidation electrode side of the fuel cell body, and a fuel gas to the fuel electrode side of the fuel supply body And a fuel gas supply system. In this fuel cell device, for example, methanol is used as the fuel, and the fuel gas supply system includes an evaporator for heating and vaporizing the methanol, a reformer for reforming the vaporized methanol, A carbon monoxide converter for reducing carbon monoxide contained in the reformed gas.
このような燃料電池装置では、燃料としてのメタノールは、燃料ガス供給系を通して送給される間に改質され、この改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度が低下された後に燃料電池本体の燃料極側に送給され、また空気(酸素を含む)が空気供給系を通して燃料電池本体の酸素極側に送給される。燃料電池本体では、燃料極側における酸化と空気極側における還元とによる燃料電池反応により、燃料ガスが有する化学エネルギーが直接的に電気エネルギーに変換される。 In such a fuel cell apparatus, methanol as fuel is reformed while being fed through the fuel gas supply system, and after the concentration of carbon monoxide contained in the reformed gas has been reduced, The fuel is supplied to the fuel electrode side, and air (including oxygen) is supplied to the oxygen electrode side of the fuel cell main body through the air supply system. In the fuel cell main body, the chemical energy of the fuel gas is directly converted into electric energy by the fuel cell reaction caused by the oxidation on the fuel electrode side and the reduction on the air electrode side.
しかしながら、上述した燃料電池装置では、燃料(メタノール)を気化させるための蒸発器、気化された燃料を改質するための改質装置、改質された改質ガスに含まれる一酸化炭素を低下させるための一酸化炭素変成器などを必要とし、装置全体が大型化するとともに、その製作コストが高くなる問題がある。 However, in the fuel cell device described above, an evaporator for vaporizing the fuel (methanol), a reforming device for reforming the vaporized fuel, and reducing carbon monoxide contained in the reformed reformed gas. A carbon monoxide transformer or the like is required to increase the size of the entire apparatus, and the manufacturing cost is increased.
本発明目的は、比較的簡単な構成でもって電池出力を得ることができる電池装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a battery device that can obtain a battery output with a relatively simple configuration.
本発明の請求項1に記載の電池装置は、電解液と重水とを含む電池溶液を収容した電池容器本体と、前記電池溶液を電解するための電解用正電極及び電解用負電極と、前記電池容器本体内に収容され、前記電池溶液中の電荷イオンを加速するための加速用正電極及び加速用負電極と、電荷を集電するための集電用正電極及び集電用負電極と、前記電解用正電極及び前記電解用負電極の間に電解電圧を付与するための電解用電源装置と、前記加速用正電極及び前記加速用負電極の間に加速電圧を付与するための加速用電源装置と、前記電池溶液を均一化するための均一化手段と、を備え、前記集電用正電極は前記加速用正電極の外側に配設され、前記集電用負電極は前記加速用負電極の外側に配設され、前記加速用正電極から前記加速用負電極に正電荷イオンが流れ、前記加速用負電極に集まった前記正電荷イオンを消すように前記集電用正電極から前記集電用負電極に集電電荷が流れ、前記集電電荷の流れの一部を電池出力として取り出すことを特徴とする。 The battery device according to claim 1 of the present invention is a battery container body containing a battery solution containing an electrolytic solution and heavy water, a positive electrode for electrolysis and a negative electrode for electrolysis for electrolyzing the battery solution, An accelerating positive electrode and an accelerating negative electrode for accelerating charged ions in the battery solution, and a current collecting positive electrode and a current collecting negative electrode for collecting electric charge; , An electrolysis power supply device for applying an electrolysis voltage between the electrolysis positive electrode and the electrolysis negative electrode, and acceleration for applying an acceleration voltage between the acceleration positive electrode and the acceleration negative electrode Power supply device and a homogenizing means for homogenizing the battery solution, wherein the current collecting positive electrode is disposed outside the acceleration positive electrode, and the current collecting negative electrode is the acceleration Arranged outside the negative electrode for acceleration, from the positive electrode for acceleration to the negative electrode for acceleration The collected charge flows from the current collection positive electrode to the current collection negative electrode so that the positive charge ions flow and the positive charge ions collected at the acceleration negative electrode disappear, and one of the flows of the current collection charges flows. Part is taken out as a battery output.
また、本発明の請求項2に記載の電池装置では、前記均一化手段は、前記電池容器本体の片端壁の外側に配設された溜め容器と、前記溜め容器を通して前記電池溶液を循環させる溶液循環流路と、前記溶液循環流路に配設された循環ポンプとを備え、前記電池容器本体内の前記電池溶液が前記溶液循環流路及び前記溜め容器を通して循環され、前記溶液循環流路を通して循環される前記電池溶液の流れによって、前記電池容器本体内の前記電池溶液が循環されることを特徴とする。 Further, in the battery device according to claim 2 of the present invention, the uniformizing means includes a reservoir container disposed outside one end wall of the battery container body, and a solution for circulating the battery solution through the reservoir container. A circulation channel and a circulation pump disposed in the solution circulation channel, wherein the battery solution in the battery container body is circulated through the solution circulation channel and the reservoir, and through the solution circulation channel. The battery solution in the battery container body is circulated by the flow of the circulated battery solution.
また、本発明の請求項3に記載の電池装置では、前記電解用正電極及び前記電解用負電極は前記溜め容器内に配設され、前記溜め容器内の前記電池溶液が電解され、前記溜め容器にて電解された前記電池溶液が前記溶液循環流路を通して前記電気容器本体内に送給されることを特徴とする。 In the battery device according to claim 3 of the present invention, the positive electrode for electrolysis and the negative electrode for electrolysis are disposed in the reservoir container, and the battery solution in the reservoir container is electrolyzed, and the reservoir The battery solution electrolyzed in a container is fed into the electric container body through the solution circulation channel.
また。本発明の請求項4に記載の電池装置では、前記電池容器本体又は前記溜め容器に関連して、前記電池溶液の濃度を所定範囲に保つための溶液濃度調整手段が設けられ、前記濃度調整手段は、前記電解液を供給するための電解液供給手段と、前記重水を供給するための重水供給手段と、前記電池溶液本体内の前記電池溶液を排水するための排水手段とを含んでいることを特徴とする。 Also. In the battery device according to claim 4 of the present invention, a solution concentration adjusting means for keeping the concentration of the battery solution in a predetermined range is provided in relation to the battery container main body or the reservoir container, and the concentration adjusting means Includes an electrolyte supply means for supplying the electrolyte solution, a heavy water supply means for supplying the heavy water, and a drain means for draining the battery solution in the battery solution body. It is characterized by.
また、本発明の請求項5に記載の電池装置では、前記加速用電源装置は、前記加速電圧を調整するための加速電圧調整手段を含み、前記加速電圧調整手段は、前記集電用正電極及び前記集電用負電極間を流れる集電電荷による電池出力の電圧が前記加速用電源装置により印加される加速電圧よりも低くなるように調整することを特徴とする。 Moreover, in the battery device according to claim 5 of the present invention, the acceleration power supply device includes an acceleration voltage adjusting means for adjusting the acceleration voltage, and the acceleration voltage adjusting means includes the positive electrode for current collection. And adjusting the voltage of the battery output by the collected charge flowing between the collecting negative electrodes to be lower than the accelerating voltage applied by the accelerating power supply device.
更に、本発明の請求項6に記載の電池装置では、前記加速用正電極は、前記電池容器本体内にて前記加速用負電極に向けて間隔をおいて配設された複数の正電極部材から構成され、隣接する正電極部材は電気抵抗を介して電気的に接続されていることを特徴とする。 Furthermore, in the battery device according to claim 6 of the present invention, the positive electrode for acceleration is a plurality of positive electrode members disposed in the battery container main body at intervals toward the negative electrode for acceleration. The adjacent positive electrode members are electrically connected via an electric resistance.
本発明の請求項1に記載の電池装置によれば、電解用正電極及び電解用負電極間に電解電圧が付与され、また加速用正電極及び加速用負電極間に加速電圧が付与されるので、電池溶液中の正電荷イオンが加速電圧により加速されて加速用正電極から加速用負電極に流れ、この加速用負電極に正電荷イオンが集まるようになる。また、加速用電極の外側に集電用正電極が配設され、加速用負電極の外側に集電用負電極が配設されるので、加速用負電極に正電荷イオンが集まると、この正電荷イオンを消すように集電用正電極から集電用負電極に集電電荷が流れ、このように流れる集電電荷の一部を取り出すことによって電池出力を得ることができる。また、均一化手段が設けられているので、電池容器本体内の電池溶液の成分が均一化され、これによって、安定して電池出力を得ることができる。 According to the battery device of the first aspect of the present invention, an electrolytic voltage is applied between the positive electrode for electrolysis and the negative electrode for electrolysis, and an acceleration voltage is applied between the positive electrode for acceleration and the negative electrode for acceleration. Therefore, the positively charged ions in the battery solution are accelerated by the acceleration voltage and flow from the accelerating positive electrode to the accelerating negative electrode, and the positively charged ions gather at the accelerating negative electrode. In addition, since the positive electrode for collecting current is arranged outside the accelerating electrode and the negative electrode for collecting current is arranged outside the accelerating negative electrode, when positively charged ions gather on the accelerating negative electrode, The collected charge flows from the current collecting positive electrode to the current collecting negative electrode so as to eliminate the positive charge ions, and a battery output can be obtained by taking out a part of the collected current flowing in this way. In addition, since the uniformizing means is provided, the components of the battery solution in the battery container body are uniformed, whereby a battery output can be stably obtained.
また、本発明の請求項2に記載の電池装置によれば、均一化手段は、溜め容器を通して電池溶液を循環する溶液循環流路と、この溶液循環流路に配設された循環ポンプとを備えているので、電池容器本体内の電池溶液が溶液循環流路及び溜め容器を通して循環され、また溶液循環流路を通して循環される電池溶液の流れによって、電池容器本体内の電池溶液が循環され、これによって、電池容器本体内の電池溶液の組成の均一化を図ることができる。 In the battery device according to claim 2 of the present invention, the homogenizing means includes a solution circulation channel for circulating the battery solution through the reservoir, and a circulation pump disposed in the solution circulation channel. Since the battery solution in the battery container body is circulated through the solution circulation channel and the reservoir, the battery solution in the battery container body is circulated by the flow of the battery solution circulated through the solution circulation channel. Thereby, the composition of the battery solution in the battery container body can be made uniform.
また、本発明の請求項3に記載の電池装置によれば、電解用正電極及び電解用負電極が溜め容器内に配設されているので、この溜め容器内にて電池溶液が電解され、電解された電池容器が溶液循環流路を通して電池容器本体内に送給され、この電解電池溶液の流れによって電池容器本体内の電池溶液が循環される。 Further, according to the battery device according to claim 3 of the present invention, since the positive electrode for electrolysis and the negative electrode for electrolysis are arranged in the reservoir, the battery solution is electrolyzed in the reservoir, The electrolyzed battery container is fed into the battery container body through the solution circulation channel, and the battery solution in the battery container body is circulated by the flow of the electrolytic battery solution.
また、本発明の請求項4に記載の電池装置によれば、電池容器本体又は溜め容器に関連して、電池溶液の濃度を所定範囲に保つための濃度調整手段が設けられ、この濃度調整手段は電解液供給手段、重水供給手段及び排水手段を含んでいるので、重水の濃度が高くなったときには、排水手段によって電池容器本体内の電池溶液を排出した後に、電解液供給手段から電解液を供給するとともに、重水供給手段から重水を供給することにより、電池容器本体内の電池溶液の組成を所定範囲に維持することができる。 Further, according to the battery device of the fourth aspect of the present invention, the concentration adjusting means for keeping the concentration of the battery solution in a predetermined range is provided in relation to the battery container main body or the reservoir, and the concentration adjusting means. Includes an electrolyte supply means, a heavy water supply means, and a drainage means. When the concentration of heavy water increases, the battery solution in the battery container body is discharged by the drainage means, and then the electrolyte solution is discharged from the electrolyte supply means. By supplying heavy water from the heavy water supply means, the composition of the battery solution in the battery container body can be maintained within a predetermined range.
また、本発明の請求項5に記載の電池装置によれば、加速用電源装置は加速電圧を調整するための加速電圧調整手段を含み、この加速電圧調整手段は、集電用正電極及び集電用負電極間を流れる集電電荷イオンによる電池出力の電圧が加速用電源装置により印加される加速電圧よりも低くなるように調整するので、燃料電池の稼働を安定させた状態で電池出力を得ることができる。 According to the battery device of the fifth aspect of the present invention, the acceleration power supply device includes acceleration voltage adjusting means for adjusting the acceleration voltage, and the acceleration voltage adjusting means includes the current collecting positive electrode and the current collecting positive electrode. Since the voltage of the battery output due to the collected charge ions flowing between the negative electrode for electricity is adjusted to be lower than the acceleration voltage applied by the acceleration power supply device, the battery output can be adjusted while the operation of the fuel cell is stabilized. Can be obtained.
更に、本発明の請求項6に記載の電池装置によれば、加速用正電極は、電池容器本体内にて加速用負電極に向けて間隔をおいて配設された複数の正電極部材から構成され、隣接する正電極部材は電気抵抗を介して電気的に接続されているので、加速用正電極(複数の正電極部材)から加速用負電極に流れる正電荷イオンの量が多くなり、これにより、集電用正電極から集電用負電極に流れる集電電荷も多くなり、その結果、電池装置の電池出力を大きくすることができる。 Furthermore, according to the battery device according to claim 6 of the present invention, the accelerating positive electrode is formed of a plurality of positive electrode members disposed at intervals in the battery container body toward the accelerating negative electrode. Since the adjacent positive electrode members are electrically connected via electrical resistance, the amount of positive charge ions flowing from the acceleration positive electrode (a plurality of positive electrode members) to the acceleration negative electrode is increased, As a result, the collected charge flowing from the current collecting positive electrode to the current collecting negative electrode also increases, and as a result, the battery output of the battery device can be increased.
以下、添付図面を参照して、本発明に従う電池装置の種々の実施形態について説明する。まず、図1を参照して、本発明に従う電池装置の第1の実施形態について説明する。図1において、図示の電池装置2は、電池出力を得るための電池容器本体4を備えている。この電池容器本体4は、横長の円筒状部材6と、この円筒状部材6の両端部に設けられた一対の蓋部材8,10とから構成されている。電池容器本体4は、例えば、図1に示すように斜めに傾斜した状態に取り付けられ、蓋部材8が下側に、蓋部材10が上側となるように装置フレーム(図示せず)に取り付けら、この電池容器本体4内に電池溶液12が収容される。
Hereinafter, various embodiments of a battery device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. First, a first embodiment of a battery device according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the illustrated battery device 2 includes a battery container body 4 for obtaining a battery output. The battery case main body 4 includes a horizontally long cylindrical member 6 and a pair of
この電池装置2は、電池溶液12を電解するための電解用正電極14及び電解用負電極16と、電池溶液12中の電荷イオンを加速ための加速用正電極18及び加速用負電極20と、集電電荷を集電して電池出力として取り出すための集電用正電極22及び集電用負電極24とを備えている。
The battery device 2 includes an electrolysis
この実施形態では、電池容器本体4の一方の蓋部材8(片端壁を構成する)の外側に溜め容器26が配設され、この溜め容器26と電池容器本体4とが溶液循環流路28を介して連通されている。溶液循環流路28の上流側部30の一端側は、蓋部材8の上部を貫通して電池容器本体4内に連通され、その他端側は、溜め容器26の周側壁32の上部を貫通して溜め容器26の上部に連通されている。また、この溶液循環流路28の下流側部34の一端側は、蓋部材8の下部を貫通して電池容器本体4内に連通され、その他端側は、溜め容器26の周側壁32の下部を通して溜め容器26の下部に連通されている。また、この溶液循環流路28の下流側部34には循環ポンプ36が配設されている。尚、この循環ポンプ36は、溶液循環流路28の上流側部30に配設するようにしてもよい。
In this embodiment, a
この形態では、電解用正電極14及び電解用負電極16が、相互に対向して溜め容器26内に配設されている。また、電解用正電極14及び電解用負電極16に電解電圧を印加するための電解用電源装置38が設けられ、電解用電源装置38の正側の端子が電解用正電極14に電気的に接続され、その負側の端子が電解用負電極16に電気的に接続されている。このような電解用正電極14及び電解用負電極16は、例えば、矩形状、円形状などのプレート状電極などから構成される。尚、電解用正電極18及び電解用負電極16は、溜め容器26内に代えて、電池容器本体4内に配設するようにしてもよく、この場合、電解用正電極14及び電解用負電極16は、後述する集電用正電極22の外側(この形態では、蓋部材8側)に配設される。
In this embodiment, the electrolysis
このように構成されているので、循環ポンプ36が作動すると、図1に矢印で示すように、電池容器本体4内の電池溶液12が溶液循環流路28及び溜め容器26を通して循環され、かく循環される電池溶液によって、電池容器本体4内の電池溶液が循環され、電池容器本体4内の電池溶液の組成の均一化が図られ、これら溜め容器26、溶液循環流路28及び循環ポンプ36が均一化手段として機能する。また、電解用電源装置38が作動すると、電解用正電極14及び電解用負電極16間に電解電圧が印加され、これら電解用正電極14及び電解用負電極16間にて電池溶液12の電解が行われ、電解された電池溶液が溶液循環流路28の下流側部34を通して電池容器本体4内に送給される。
With this configuration, when the
加速用正電極18及び加速用負電極20は、電池容器本体4の長手方向(図1において右下から左上の方向)に相互に対向して配設され、電池溶液本体4内の電池溶液12に浸漬されている。加速用正電極18は、片方の蓋部材8の内側に配設され、加速用負電極20は、他方の蓋部材20の内側に配設されている。また、加速用正電極18及び加速用負電極20に加速電圧を印加するための電解用電源装置40が設けられ、加速用電源装置40の正側の端子が加速用正電極18に電気的に接続され、その負側の端子が加速用負電極20に電気的に接続されている。このような加速用正電極18は、例えば、リング状電極、網状電極などから構成され、また加速用負電極20は、例えば、リング状電極などから構成される。
The accelerating
この加速用電源装置40は、加速用正電極18及び加速用負電極20間に印加する加速電圧を調整するための加速電圧調整手段42を含んでいる。この加速電圧調整手段42は、後述する電池出力の電圧が加速用電源装置40により印加される加速電圧よりも低くなるように調整すし、かく調整することにより電池装置の作動状態を安定させることができる。
The acceleration
このように構成されているので、加速用電源装置40が作動すると、加速用正電極18及び加速用負電極20間に加速電圧が印加され、加速用正電極18から加速用負電極20に向けて電荷イオンが流れ、この電荷イオンの流れを利用して電池出力を後述する如くして得ることができる。
With this configuration, when the acceleration
また、集電用正電極22は加速用正電極18の外側(この形態では、加速用正電極18と片方の蓋部材8との間)に配設され、集電用負電極24は加速用負電極の外側(この形態では、加速用負電極20と他方の蓋部材10との間)に配設され、上述の加速用正電極18及び加速用負電極20と同様に、電池溶液本体4内の電池溶液12に浸漬されている。集電用正電極22及び集電用負電極24は、例えば、リング状電極、プレート状電極などから構成される。
The current collecting
この集電用正電極22及び集電用負電極24は出力接続ライン44を介して電気的に接続され、かかる出力接続ライン44に電力出力ライン46をして外部電力負荷48が電気的に接続される。この出力接続ライン44に可変抵抗50が配設され、この可変抵抗50に電気的に並列に電力出力ライン46が配設され、このように構成することにより、集電用正電極22から集電用負電極24に流れる集電電荷の一部を電池出力として取り出して外部電力負荷48で消費することができる。
The current collecting
この形態では、溜め容器26は、連通管52を介してガス分離容器54に接続され、このガス分離容器54の上壁56に排出管58が接続されている。このように構成されているので、電解用正電極14及び電解用負電極16による電解により溜め容器26内に発生したガスは、連通管52を通してガス分離容器54に流れ、このガス分離容器54にて電池溶液12から分離され、分離されたガスが排出管58を通してガス回収槽(図示せず)などに回収される。
In this embodiment, the
また、電池容器本体4の端部(具体的には、斜めに配置された状態における上端部)には排気管60が設けられており、このように構成することにより、加速用正電極18及び加速用負電極20間に加速電圧を印加したときに発生するガスは、この排気管60を通してガス回収槽(図示せず)に回収される。
In addition, an
このような電池装置2においては、電池出力を監視するために、例えば、電解用電源装置38に関連して、電解電力を計測するための電解電力計測器39が設けられ、加速用電源装置40に関連して、加速電力を計測するための加速電力計測器41が設けられ、また外部電力負荷48に関連して、外部電力(電池出力)を計測するための外部電力計測器49が設けられる。
In such a battery device 2, in order to monitor the battery output, for example, an electrolysis
この電池装置2においては、電池溶液12として電解液及び重水の混合液が用いられる。電解液としては、例えば、純水(又は蒸留水)に電解物質として水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムなどを溶解させた溶液を用いることができ、純水(又は蒸留水)1リットル当たり0.005〜0.05モル(0.005〜0.05mol/l)程度(例えば、0.01mol/l)混合させ、また電池溶液として、この電解液に純水を30〜35重量%程度(例えば、34重量%)混合させることができる。
In the battery device 2, a mixed solution of an electrolytic solution and heavy water is used as the
次に、上述した電池装置2の電池動作について説明する。電池出力を取り出すには、まず、循環ポンプ36を作動させる。かく作動させると、電池容器本体4内の電池溶液12が溶液循環流路20及び溜め容器26を通して循環され、この電池溶液12の流れによって電池溶液本体4内の電池溶液4も循環され、これにより、電池溶液12の均一化が図られる。
Next, the battery operation of the battery device 2 described above will be described. In order to extract the battery output, first, the
次に、電解用電源装置38を作動させて電解用正電極14及び電解用負電極16間に電解電圧を印加する。電解用電源装置38により印加する電解電圧は、例えば2.5〜5V程度(例えば、3V)程度である。電解用正電極14及び電解用負電極16間に電解電圧を印加すると、溜め容器26内において電解反応が起こり、この電解反応により電池溶液12中に正電荷イオンが生じ、正電荷イオンを含む電池溶液12が溶液循環流路28の下流側部34を通して電池容器本体4に送給される。このとき、電池溶液12の電解反応によりガスが生じるが、発生したガスは、連通管52及びガス分離容器56及び排出管58を通して外部に排出される。
Next, the electrolysis
次いで、加速用電源装置40を作動させて加速用正電極18及び加速用負電極20間に加速電圧を印加させる。加速用電源装置40により印加する加速電圧は、例えば150〜500V程度(例えば、200V)程度である。加速用正電極18及び加速用負電極20間に加速電圧を印加すると、電池溶液12中の正電荷イオンが加速用正電極18から加速用負電極20に加速されて流れ、この加速用負電極20に集められるようになり、その結果、この加速用負電極20付近におけるエネルギー密度が高くなる。
Next, the acceleration
このように加速用負電極20に正電荷イオンが集まると、この正電荷イオンを打ち消すように集電用負電極24に向けて集電電荷としての負の電荷が流れ、換言すると集電用正電荷22から集電用負電荷24に集電電荷(負電荷)が流れる。この集電電荷の流れの一部は、外部電力負荷48を通して流れ、この外部電力付加48において電池出力として取り出して消費することができる。
When positively charged ions are collected at the accelerating
次に、図2を参照して、本発明に従う電池装置の第2の実施形態について説明する。尚、以下の実施形態において、上述の第1の実施形態と実質上同一のものには同一の参照番号を付し、その説明を省略する。 Next, a second embodiment of the battery device according to the present invention will be described with reference to FIG. In the following embodiments, the same reference numerals are assigned to substantially the same components as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
この第2の実施形態においては、加速用正電極に改良が施されており、以下この改良点について説明する。図2において、この第2の実施形態の電池装置2Aにおける加速用正電極18Aは、複数(この形態では、4つ)の正電極部材72,74,76,78から構成され、これら正電極部材72〜78はリング状電極部材から構成されている。複数の正電極部材72〜78は、電池容器本体4内に長手方向(図2において左下から右上の方向)に加速用負電極20に向けて間隔をおいて配設されている。
In the second embodiment, the acceleration positive electrode is improved, and this improvement will be described below. In FIG. 2, the accelerating
第1正電極部材72は、第1印加ライン80を介して加速用電源装置40の正端子側に電気的に接続され、第2正電極部材74は、第2印加ライン82及び電気抵抗84を介して第1印加ライン80に電気的に接続され、第3正電極部材76は、第3印加ライン86及び電気抵抗88を介して第2印加ライン82に電気的に接続され、第4正電極部材78は、第4印加ライン90及び電気抵抗92を介して第3印加ライン86に電気的に接続されている。第1〜第4正電極部材72〜78がこのように加速用電源装置40に接続されているので、第1〜第4正電極部材72〜78に印加される加速電圧は、その電圧値が異なり、第1正電極部材72に印加される加速電圧が最も大きく、第2正電極部材74、第3正電極部材76及び第4正電極部材78の順に印加される加速電圧が小さくなる。
The first
この実施形態では、第1印加ライン80に主スイッチ92が配設され、また第4印加ライン90に副スイッチ94が配設されている。従って、主スイッチ92がオン状態のときには、加速用電圧装置40から第1〜第4正電極部材72〜78に加速電圧を印加することができ、この主スイッチ92がオフ状態になると、これら正電極部材72〜78への加速電圧の印加が終了する。また、副スイッチ94がオン状態のときには、加速用電源装置40からの加速電圧を第1〜第4正電極部材72〜78の全てに印加することができ、またこの副スイッチ94がオフ状態になると、第4正電極部材78への加速電圧の印加が終了し、加速用電源装置40からの加速電圧の印加は、第1〜第3正電極部材72〜76となる。
In this embodiment, a
このような副スイッチ94は、第2印加ライン82及び/又は第3印加ライン86にも設けることができ、第2印加ライン82に設けた場合、加速用電源装置40からの加速電圧の印加を第1正電極部材72と第2〜第4正電極部材74〜78とに分けて制御することができ、また第3印加ライン86に設けた場合、加速用電源装置40からの加速電圧の印加を第1及び第2正電極部材72,74と第3及び第4正電極部材76,78とに分けて制御することができる。この第2の実施形態の電池装置2Aのその他の構成は、上述した実施形態と実施上同一である。
Such a
このような加速用正電極18Aを用いた場合、加速用電源装置40からの加速電圧は第1〜第4正電極部材72〜78に印加され、これら第1〜第4正電極部材72〜78から加速用負電極20に向けて正電荷イオンが加速されて流れるために、加速用負電極20に流れる正電荷イオンが多くなり、これによって、集電用正電極22から集電用負電極24に流れる集電電極を多くすることができ、その結果、電池装置2Aの電池出力を大きくすることができる。
When such an acceleration
この電池装置においては、安定した電池出力を得るために、電池溶液の濃度(電解液と重水との混合割合)を所定範囲に維持するのが望ましく、そのために、電池容器本体又は溜め容器に関連して溶液濃度調整手段が設けられる。第3の実施形態の電池装置を示す図3において、この第3の実施形態の電池装置2Bにおいては、電池溶液が充填される電池容器本体4Bに関連して溶液濃度調整手段102が設けられる。この電池容器本体4Bの流入側には、重水を供給するための重水供給手段103と、電解液を供給するための電解液供給手段105とが設けられている。
In this battery device, in order to obtain a stable battery output, it is desirable to maintain the concentration of the battery solution (mixing ratio of the electrolytic solution and heavy water) within a predetermined range. For this reason, it is related to the battery container body or the reservoir container. Then, a solution concentration adjusting means is provided. In FIG. 3 showing the battery device of the third embodiment, in the battery device 2B of the third embodiment, a solution concentration adjusting means 102 is provided in association with the
図示の重水供給手段103は、重水を溜める重水槽104と、重水槽104及び電池容器本体4Bを接続する重水供給ライン108とから構成され、重水槽104からの重水が重水供給ライン108を通して電池容器本体4Bに供給される。また、を介して電池容器本体4Bに供給され、電解液槽106に収容された電解液が電解液供給ライン110を介して電池容器本体4Bに供給される。尚、この電池容器本体4B及びこれに関連する構成は、図1に示す第1の実施形態又は図2に示す第2の実施形態と同様の構成でよい。
The illustrated heavy water supply means 103 includes a
この形態では、電解液槽108に関連して、電解物質(例えば、水酸化ナトリウム)を収容した電解物質容器110及び純水を収容した純水槽112が設けられ、電解物質容器110が電解物質供給ライン114を介して電解液槽108に接続され、純水槽112が純水供給ライン116を介して電解液槽108に接続されている。また、電解液槽108には、電解液を攪拌して均一化するための攪拌混合手段118が設けられている。このように構成されているので、電解物質容器110からの電解物質が電解物質供給ライン114を通して電解液槽106に供給されるとともに、純水槽112からの純水が純水供給ライン116を通して電解液槽106に供給され、供給された純水及び電解物質は、攪拌混合手段118により攪拌混合されて均一化される。
In this embodiment, an
この電池容器本体4Bの排出側には、電池溶液を排出するための排出手段118が設けられ、図示の排出手段120は、排出された電池溶液を溜めるための排出槽12と、気体と液体とに分離するための気液分離装置122と、気液分離装置122にて回収された液体を回収するための液回収槽124と、気液分離装置122にて分離されたガスを所要の通りに処理するためのガス処理装置126と、液回収槽124からの電池溶液を所要の通りに処理するための液処理装置128とを含んでいる。
Discharge means 118 for discharging the battery solution is provided on the discharge side of the
電池容器本体4Bと排出槽120とは排出ライン130を介して接続され、電池容器本体120内の電池溶液の組成成分などが変化したときには、電池容器本体4B内の電池溶液が排出ライン130を通して排出槽120に排出される。排出槽120と気液分離装置122とは気液ライン132を介して接続され、排出槽120からのガスは気液ライン132を通して気液分離装置122に送給される。気液分離装置122にて分離された液体(ガスに含まれた液体)は、液回収ライン134を通して液回収槽124に回収され、この液回収槽124に回収された液体は液戻しライン136を通して排出槽120戻される。また、気液分離装置122にて分離されたガスは、ガス排気ライン138を通してガス処理装置126に送給され、このガス処理装置126にて所要の通りに処理され、かく処理された後にガス排出ライン140を通してガス回収槽(図示せず)に回収される。また、排出槽120に溜まった電池溶液は、排水ライン142を通して液処理装置128に送給され、この液処理装置128にて所要の通りに処理され、かく処理された後に液排出ライン144を通して反応液回収槽(図示せず)に回収される。
The
電池容器本体4B内の電池溶液の濃度が変化したときには、次のようにして電池溶液の濃度調整が行われ、上述した重水供給手段103、電解液供給手段105及び排水手段118が溶液濃度調整手段として機能する。電池溶液本体4Bの電池溶液12の成分割合が変化する(例えば、重水の混合割合が増加する)と、電池溶液本体4B内の電池溶液の一部が排出ライン130を通して排出槽120に排出され、排出槽120内に排出された電池溶液は上述したように処理される。
When the concentration of the battery solution in the battery container
このようにして電池容器本体4B内の電池溶液が減少すると、重水槽104内の重水が重水供給ライン108を通して電池容器本体4Bに供給されるとともに、電解液槽106内の電解液が電解液供給ライン110を通して電池溶液本体4Bに供給され、供給された重水及び電解液は、均一化手段146の作用によって、電池容器本体4B内の電池溶液と均一となるように混合される。このとき、図示していないが、重水槽104からの重水の供給量と電解液槽106からの電解液の供給量が制御され、このように供給量を制御することによって、電池容器本体4B内の電池溶液の成分割合(重水と電解液との混合割合)が所定範囲に維持され、その結果、電池装置2Bの電池出力を安定させることができるとともに、この電池装置2Bの稼働時間を長くすることができる。
When the battery solution in the
本発明の効果を確認するために、次の通りの検証実験を行った。この実験に用いた電池装置の構成は、図4に示す通りであった。図4において、この電池装置の基本的構成は、均一化手段を備えていない点を除けば第1の実施形態のものと同様である。即ち、この電池装置は、電池溶液を収容する電池容器本体102を備え、この電池容器本体102内に相互に対向して加速用正電極104及び加速用負電極106を配設し、これら加速用正電極104及び加速用負電極106を加速用電源装置108に電気的に接続し、加速電圧及び加速電流を計測するために加速電圧計測器110及び加速電流計測器12を配設した。
In order to confirm the effect of the present invention, the following verification experiment was conducted. The configuration of the battery device used in this experiment was as shown in FIG. In FIG. 4, the basic configuration of this battery device is the same as that of the first embodiment except that no uniformizing means is provided. That is, the battery device includes a
また、加速用正電極104の外側に集電用正電極114を配設するとともに、加速用負電極106の外側に集電用負電極を配設し、これら集電用正電極114及び集電用負電極116を電気抵抗118と電気的に並列に配設された外部電力負荷120に電気的に接続し、外部電圧(出力電圧)及び外部電流(出力電流)を計測するために外部電圧計測器122及び外部電流計測器124を配設した。尚、外部電力負荷として200オーム(Ω)の電気抵抗を用いた。
In addition, a positive electrode for
更に、電池容器本体102の外側に溜め容器126を設け、電池容器本体102と溜め容器126とを溶液循環流路128を介して接続するとともに、この溶液循環流路128に循環ポンプ130を配設し、電池容器本体102内の電池溶液が溶液循環流路128及び溜め容器126を通して循環されるようにした。また、溜め容器126内に相互に対向して電解用正電極132及び電解用負電極134を配設し、これら電解用正電極132及び電解用負電極134を電解用電源装置136に電気的に接続し、電解電圧及び電解電流を計測するために電解電圧計測器138及び電解電流計測器140を配設した。電解用正電極132及び電解用負電極134としてプレート状電極を用い、加速用正電極104及び加速用負電極106並びに集電用正電極114及び集電用負電極116としてリング状電極を用いた。
Furthermore, a
実験に際し、電池溶液本体102及び溜め容器126に電池溶液を充填し、電解用正電極132及び電解用負電極134、加速用正電極104及び加速用負電極106並びに集電用正電極114及び集電用負電極116を電池溶液に浸漬するようにした。
In the experiment, the
電解液として純水1リットルに水酸化ナトリウムを0.01モルを溶解させたものを用い、用いた電解液のpHは8.5であった。また、電池溶液としてこの電解液に重水を混合させたものを用い、重水の混合割合は34重量%であった。 An electrolytic solution in which 0.01 mol of sodium hydroxide was dissolved in 1 liter of pure water was used, and the pH of the electrolytic solution used was 8.5. Moreover, what mixed this electrolyte solution with heavy water was used as a battery solution, and the mixing ratio of heavy water was 34% by weight.
このような電池溶液を充填した状態において、まず、電解用電源装置136により電解電圧を電解用正電極132及び電解用負電極134の間に印加して電池溶液を電解させた。このときの電解電圧及び電解電流を、電解電圧計測器138及び電解電流計測器140で計測したところ3V、3Aであった。
In the state filled with such a battery solution, first, an electrolysis voltage was applied between the positive electrode for
このような電解状態(電解用電源装置136より電解電圧を印加した状態)において、加速用電源装置108により加速電圧を加速用正電極104及び加速用負電極106間に印加し、電池溶液中の正電荷イオンを加速用正電極104から加速用負電極106に流れるようにした。このとき、加速用電源装置108により印加される加速電圧を加速電圧計測器110の値を見ながら120Vに設定した。そして、この状態における加速電流を加速電流計測器112で計測したところ0.01Aであった。また、この状態における出力電圧(外部電圧)及び出力電流(外部電流)を外部電圧計測器122及び外部電流計測器124で計測したところ60V、0.1Aであり、この外部電力負荷120(200Ωの電気抵抗)における出力電力は計算により2ワット(W)であることがわかる。
In such an electrolysis state (a state where an electrolysis voltage is applied from the electrolysis power supply device 136), an acceleration voltage is applied between the acceleration
次に、上述した状態において、加速用電源装置108により印加される加速電圧を加速電圧計測器110の値を見ながら200Vまで上昇させた。そして、この状態における加速電流を加速電流計測器112で計測したところ0.02Aであった。また、この状態における出力電圧(外部電圧)及び出力電流(外部電流)を外部電圧計測器122及び外部電流計測器124で計測したところ150V、0.5Aであり、この外部電力負荷120(200Ωの電気抵抗)における出力電力は計算により375ワット(W)であることがわかる。このことから、加速用電源装置108の入力電力よりも大きな出力電力が得られることが確認できた。
Next, in the state described above, the acceleration voltage applied by the acceleration
2,2A,2B 電池装置
4,4A,4B,102 電池容器本体
12 電池溶液
14,132 電解用正電極
16,134 電解用負電極
18,18A,104 加速用正電極
20,106 加速用負電極
26 溜め容器
28 溶液循環流路
38,136 電解用電源装置
40,108 加速用電源装置
42 加速電圧調整手段
48 外部電力負荷
72,74,76,78 正電極部材
102 溶液濃度調整手段
103 重水供給手段
105 電解液供給手段
118 排出手段
2, 2A,
この加速用電源装置40は、加速用正電極18及び加速用負電極20間に印加する加速電圧を調整するための加速電圧調整手段42を含んでいる。この加速電圧調整手段42は、後述する電池出力の電圧が加速用電源装置40により印加される加速電圧よりも低くなるように調整し、かく調整することにより電池装置の作動状態を安定させることができる。
The acceleration
この電池装置2においては、電池溶液12として電解液及び重水の混合液が用いられる。電解液としては、例えば、純水(又は蒸留水)に電解物質として水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムなどを溶解させた溶液を用いることができ、純水(又は蒸留水)1リットル当たり0.005〜0.05モル(0.005〜0.05mol/l)程度(例えば、0.01mol/l)混合させ、また電池溶液として、この電解液に重水を30〜35重量%程度(例えば、34重量%)混合させることができる。
In the battery device 2, a mixed solution of an electrolytic solution and heavy water is used as the
本発明の請求項1に記載の電池装置によれば、電解用正電極及び電解用負電極間に電解電圧が付与され、また加速用正電極及び加速用負電極間に加速電圧が付与されるので、電池溶液中の正電荷イオンが加速電圧により加速されて加速用正電極から加速用負電極に流れ、この加速用負電極に正電荷イオンが集まるようになる。また、加速用正電極の外側に集電用正電極が配設され、加速用負電極の外側に集電用負電極が配設されるので、加速用負電極に正電荷イオンが集まると、この正電荷イオンを消すように集電用正電極から集電用負電極に集電電荷が流れ、このように流れる集電電荷の一部を取り出すことによって電池出力を得ることができる。また、均一化手段が設けられているので、電池容器本体内の電池溶液の成分が均一化され、これによって、安定して電池出力を得ることができる。 According to the battery device of the first aspect of the present invention, an electrolytic voltage is applied between the positive electrode for electrolysis and the negative electrode for electrolysis, and an acceleration voltage is applied between the positive electrode for acceleration and the negative electrode for acceleration. Therefore, the positively charged ions in the battery solution are accelerated by the acceleration voltage and flow from the accelerating positive electrode to the accelerating negative electrode, and the positively charged ions gather at the accelerating negative electrode. In addition, since the positive electrode for current collection is arranged outside the positive electrode for acceleration and the negative electrode for current collection is arranged outside the negative electrode for acceleration, when positively charged ions gather on the negative electrode for acceleration, The collected charge flows from the current collecting positive electrode to the current collecting negative electrode so as to eliminate the positive charge ions, and the battery output can be obtained by taking out part of the collected current flowing in this way. In addition, since the uniformizing means is provided, the components of the battery solution in the battery container body are uniformed, whereby a battery output can be stably obtained.
Claims (6)
The accelerating positive electrode is composed of a plurality of positive electrode members arranged at intervals in the battery container body toward the accelerating negative electrode, and the adjacent positive electrode members are connected via an electric resistance. The battery device according to claim 1, wherein the battery device is electrically connected.
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