JP2020119791A - 非常用マグネシウム発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】非常用電源として通常は保管状態とし、必要時に発電でき、更に発電の必要がなくなった場合には次に必要な状態になるまで保管できる、非常用マグネシウム発電機の提供。【解決手段】マグネシウム板１１と正極板１２を有するセル１と該セル内に食塩水を充填して発電する非常用マグネシウム発電機であって、該セル内と連通する排水トレイ６を有し、該排水トレイからタンク２に連通する排水用のパイプ４を有し、該排水トレイからタンクに連通する排水用のパイプには排水弁８を有し、タンク内の食塩水をセル内にポンプ７をもって給水し、ポンプと排水弁とを制御することによりセル内に食塩水を供給し、又は強制的にセル内の食塩水を排水する非常用マグネシウム発電機である。【選択図】図１

Description

本発明は、非常用マグネシウム電池を用いた発電機に関する。

マグネシウム電池は、正極活性物質として酸素と負極活性物質としてマグネシウムを用いて、電解液として食塩水を用いて発電を行うものであり、このマグネシウム電池は自然エネルギーを用いる電池であり電源として着目され始めている。
例えば特開２０１５-７２７４４号があり、更に食塩水を循環する構造を有するものとして国際公開２０１４-１５６４３３号や国際公開２０１５-１６１０１号或いは特開２０１５−１３８６８４号が存在する。
更にセル内の食塩水を循環する構成として特開２０１７-３３８８０号や特開２０１７-３７８１５号が存在する。

特開２０１５-７２７４４号 国際公開２０１４-１５６４３３号 国際公開２０１５-１６１０１号 特開２０１５−１３８６８４号 特開２０１７-３３８８０号 特開２０１７-３７８１５号

これらはマグネシウム電池であり、負極の金属マグネシウムのイオン化反応を利用して電流を取り出す発電機であり、空気中の酸素を酸化剤として還元剤のみを電池内に収納した構造を有しており、放電にあたっては酸素の還元と還元剤の酸化反応によって電子を移動させて発電する発電機である。
この場合、マグネシウム電池は正極活性物質としての酸素と負極活性物質としてマグネシウムと電解液としての食塩水を用いることによって発電できることから極めて安全に発電できると共に電解液としての食塩水を除いた状態では発電せずに保管状態として維持でき、発電を必要とした際に食塩水を注入することによって発電できるという特性を有する。
従って非常用電源として極めて有効に活用できるものとなる。
即ち非常用電源として通常は保管状態とした上、必要時に発電でき、更に発電の必要がなくなった場合には次に必要な状態になるので保管できる非常用の発電機即ち、必要時に発電し不要時には保管でき、更にこれを繰り返せる非常用発電機が求められる。
更に複数又は多数のマグネシウムを有するセルを有することにより発電効率を上げた上で各セル内の触媒である食塩水の充填量を均一化することにより効率的な発電が図れる非常用のマグネシウム発電機の提供が求められている。

係るために請求項１記載の発明は、マグネシウム板と正極板を有するセルと該セル内に食塩水を充填して発電する非常用マグネシウム発電機であって、該セル内と連通する排水トレイを有し、該排水トレイからタンクに連通する排水用のパイプを有し、該排水トレイからタンクに連通する排水用のパイプには排水弁を有し、タンク内の食塩水をセル内にポンプをもって給水し、ポンプと排水弁とを制御することによりセル内に食塩水を供給し、又は強制的にセル内の食塩水を排水する非常用マグネシウム発電機であり、係る発明によって前記課題を解決できる。
又、請求項２記載の発明はセル内の給水した食塩水を適正水位位置に貯水するためのオーバーフローを有するものであり、セル内の供給する食塩水が所定の水位を超えた場合に該超えた食塩水をオーバーフローによりタンクに送る非常用マグネシウム発電機であり、係る構成を有するものであってもよい。
更に請求項３に係る発明は、オーバーフローは、受水部を有すると共に、該受水部内と連通するパイプを有し、該パイプは排水トレイと排水弁との間のパイプに連通し、更に該受水部内と連通する水位維持用パイプを有し、該水位維持用パイプの受水部内の上端部には開口部を有し、該開口部の配設位置が発電時のセル内の食塩水の適正水位位置である非常用マグネシウム発電機からなり、係る発明を用いてもよい。
又、請求項４に係る発明は多数のセルを有し、各セル内に食塩水を給水すると共に各セル内の給水した食塩水を適正水位位置に貯水する非常用マグネシウム発電機を用いてもよい。

以上のように構成することによりまず請求項１記載の発明により非常用電源として通常は保管状態とした上、必要時に食塩水をセル内に入れることにより発電できるものとなる。

この場合タンク内の食塩水をポンプを用いて簡単にセル内に送り込むことができ、少ない動力で発電を開始できる。
更に初発電が不要となった際には排水弁を開いてセル内から簡単に食塩水を抜いた上タンク内に戻すことができるものであり、発電の停止を簡単に行える。
更にこのセル内から食塩水を抜いた状態で保管なども可能となる。
次に請求項２に係る発明により、給水時にセル内に供給する食塩水の送り込み量を複雑な機構などを用いずともオーバーフローにより所定の水位に貯水できるものとなる。 従って給水時にセル内の供給する食塩水が所定の水位を超えた場合に超えた分をタンクに戻すことができ、所定の水位の貯水を可能とする。
又請求項３に係る発明によりオーバーフローが受水部と、該受水部と連通するパイプが、排水トレイと排水弁との間のパイプに連通しており、該受水部から排水トレイに連通するパイプと、受水部内の水位維持用パイプにより形成されるものであり、水位維持用パイプの受水部内の上端部が開口部していることから所定水位以上の食塩水は該開口部からタンクに送られることとなる。
従って該開口部の配設位置に応じて発電時のセル内の食塩水の適正水位位置を設定できるものとなる。
これにより不要な食塩水を効率的にタンクに戻すことができる。
更に請求項4に係る発明により多数のセルを有する構成を用いてもよいものである。

本発明の非常用マグネシウム発電機の一例を示す図。 図１に示す非常用マグネシウム発電機のオーバーフローを示す図 図１に示す本発明の非常用マグネシウム発電機を上部から視認した状態の一例を示す図。 図１に示す本発明の非常用マグネシウム発電機のセル内に食塩水を満たした状態の一例を示す図。

図１は、本発明のマグネシウム電池を用いた循環式マグネシウム発電機は、給水タンク２からセル１内に食塩水１０を供給することにより発電する非常用マグネシウム発電機の一例を示す図である。
基本的にはセル１内に正極１２と負極としてのマグネシウム板１１を有し、このセル１内に食塩水１０を注入することにより発電を行い、セル１内の食塩水を排出することにより電解液を除去して発電を停止するものである。
従ってセル１内への食塩水１０の供給と排出を制御することにより発電を行い或いは発電を停止したうえで保管状態をつくり出すことができる。
このことより通常時においては食塩水１０をタンク２内に貯めておき、発電しない保管状態で本発電機を保管でき、発電の必要が出た場合にはタンク２内の食塩水をポンプ７を用いてセル１内に給水して発電を行うことができるものである。
従って本発電機を用いて発電を行うためには食塩水をセル１内に給水するためのポンプ７の稼働によってセル１内に食塩水１０を貯水、充填でき、これにより本発電機の発電を開始できるものとなる。
更に発電の必要がなくなった場合には排水用のパイプ４の排水弁８を開くことによりセル１内及び排水トレイ６内の食塩水をタンクに送ることができる。

従ってセル１での発電ができなくなる。
更に食塩水１０がセル１内からなくなるので保管状態とすることができる。
尚、発電時に発生した難溶性副産物も食塩水１０と共に排出するものとなり、タンク２に送ることができる。
このことは更にセル１内に食塩水１０を新たに送った場合には難溶性副産物のない食塩水１０をセル１に供給できるものであり、発電効率を上げることができる。
従ってまず本図に示す非常用マグネシウム発電機は、上部に多数のセル１を有しているものであり、下部のタンク２から食塩水をセル１内にポンプ７を用いて給水できるものである。
セル１内には上方から食塩水１０を供給する給水用のパイプ３を有しており上部開口部より食塩水１０がセル１内に供給される。
このようなセル１内には正極１２と負極のマグネシウム板１１を有する。
例えばマグネシウムとアルミニウム、ケイ素、鉄、マンガンのAL合金マグネシウムからなる負極板を用いてもよい。

正極１２としては例えばカーボンに酸化マンガン、フッ素、トルエン、触媒などを有する正極板等を用いるものであってよい。
例えば微粒子化した電化性のあるカーボンを用いるものであってもよい。
更にこのセル１下部には排水トレイ６を有しており、セル１と排水トレイ６とが連通する排水用のパイプ４を有しており、セル１内に食塩水１０を供給した場合にはまずセル１内からこの排水トレイ６内に食塩水１０が供給されたうえでこの排水トレイ６が満たされるとセル１内に食塩水１０が満たされていくものである。
尚、排水トレイ６からは更にタンク２と連通する排水用のパイプ４を有しており、このタンクへの排水用のパイプ４には排水弁８を有している。
従ってこの排水弁８を閉じることにより排水トレイ６とタンク２との間のタンクへの排水用のパイプ４が閉じることにより排水トレイ６からの食塩水１０の排出を停止できる。 このことはこの排水弁８を閉じることにより排水トレイ６内に食塩水１０がたまることとなり、セル１内にも食塩水１０が満たされることとなる。
これによって発電を開始できる。

更に発電を中止するためにはこの排水弁８を開くことによりセル１内及び排水トレイ６内の食塩水１０はタンク２に排水されることとなり、セル１内の食塩水１０を排出できることから発電が停止されるものとなる。 尚、発電によりた発生した難溶性副産物も食塩水１０と共にタンク２に送られることとなる。 このように一旦発電を行ったマグネシウム電池を用いた非常用マグネシウム発電機であっても発電を停止でき、更にセル１内の難溶性副産物も排出できるものである。
この難溶性副産物を含んだ食塩水１０はタンク２内にたまることからタンク２の底部に難溶性副産物を沈殿させることができ、更にタンク２内の食塩水１０をポンプ７を用いて再度セル１内に給水用パイプの３を用いて給水することができることとなる。
本図に示す構成は下部タンク２内の食塩水１０をポンプ７を用いて上部に揚水し、上部のパイプ３の孔より食塩水１０がセル１上部の開口に給水されるものであり、セル１内に食塩水１０を供給するものである。

更にこのセル１に並んでオーバーフローを有している。 このオーバーフローは食塩水１０をためることのできる受水部９を有しており、この受水部９内と連通する排水用のパイプ４が、排水トレイ６と排水弁８との間の排水用のパイプ４に連通しており、受水部９内に供給した食塩水１０は下部の排水トレイ６と排水弁８の間のパイプ４に導かれるものとなる。
従って、受水部９は、セル１同様に排水トレイ６につながっているパイプと連通していることから、これらの各セル１の食塩水１０と同じくこの受水部９内に食塩水１０がたまることとなり、セル内の水位と同様の水位を有するものとなる。
更に受水部９にはその内部に水位維持用のパイプ５を有しており、受水部９内の食塩水１０を直接下部のタンク２に連通する排水用のパイプ４を有しており、これによってタンク２に排水することができる。

この水位維持用のパイプ５の受水部９内では、そのパイプ５の受水部９内の一端である上端部は開口されており、開口部を有する。
この水位維持用のパイプ５の開口部の位置は、セル１内に供給する食塩水１０の基準となる水位即ちセル１内の食塩水が満たされているもっとも適切となる水位に位置するものである。
即ち発電の際にセル１内の食塩水１０の充填が最も適切となる水位位置に開口部が位置するものである。
従ってセル１内の水位と受水部９の水位とは一致することからこの基準となる水位を超えた場合にはこの受水部９内の食塩水１０はこの水位維持用のパイプ５の開口部より流れ込んでこの水位維持用のパイプ５によってタンク２に送られることとなり、余分な食塩水１０をタンク２に戻すことができる。

図２は、このオーバーフローの一例を示す図である。
受水部９内には排水トレイ６と排水弁８との間の排水用パイプ４に連通するパイプ４を有しており、更に受水部９内に水位維持用のパイプ５を有している。
この水位維持用のパイプ５は受水部９内にその開口部を有しており、受水部９の底から一定の高さを有する位置に開口部を有する。
この水位維持用パイプ５のその他端はタンク２に連設している。
従ってこの水位維持用のパイプ５は受水部９内の食塩水１０が底部から一定の高さ以上になった場合にこの水位維持用のパイプ５によってタンク２に送られるものとなる。

この水位維持用のパイプ５の受水部９内の一端の開口部の位置は発電時のセル１内の食塩水の最も適正な水位位置の高さと一致する高さを有しているものである。
従ってセル１内に充填する食塩水１０の最も適切な水位置であって基準となる水位である。
これはこの受水部９と各セル１とが排水トレイ６を介して連通しているものであることからこれらの水位はいずれも同じ水位となり、セル１内の水位を一定基準に保てるものとなる。

セル１内の食塩水１０が基準水位を超えた場合には同様にこの受水部９内の食塩水１０も同じ水位となることから、所定の高さ以上の食塩水１０がセル１内や受水部９に入った場合にはこの水位維持用のパイプ５からタンク２に戻されるものとなる。
従ってオーバーフローとして機能する。
次に排水トレイ６の底部には排水用のパイプ４を有し、これはタンク２に連通している。
従ってこのパイプ４を通して排水トレイ６内の食塩水１０をタンク２に送ることができる。

この排水トレイ６とタンク２とを連通する排水用のパイプ４には排水弁８を有する。 更にこの排水トレイ６と排水弁８の間には、更に受水部９に連通するパイプ４が連通している。
従って各セル１と排水トレイ６と受水部９がそれぞれ連通しており、この排水弁８を閉じることによって排水トレイ６内と各セル１内と受水部９内に食塩水１０がたまるものとなる。
この状態で発電を可能とする。
発電を停止する場合にはこの排水弁８を開くことによって排水トレイ６内と各セル１内と受水部９内の食塩水１０をタンク２に送ることができる、セル１内の食塩水１０をなくすことにより発電の停止ができる。

この場合タンク２内の食塩水１０を各セル１に揚水して送るポンプ７を止めておくことにより更なる食塩水１０の供給は止められることから、セル１内の食塩水を効率よく排出でき、発電を中止できるものとなる。
このように構成することによりタンク２内の食塩水１０を用いて簡単に発電を行うことができると共に発電を必要に応じて中止することもでき、必要な場合に発電を行える非常用マグネシウム発電機の提供ができる。
尚、タンク２内の食塩水１０に難溶性副産物を有する場合でも、タンク２底部に沈殿させることも可能であり、タンク２内の食塩水１０の上澄み部分等をポンプ７で揚水することにより難溶性副産物の少ない食塩水１０を簡単に循環させることができる。

図３は、図１に示す本発明の非常用マグネシウム発電機を上部から視認した状態の一例を示す図である。
まず本図には横方向にセル１が多数連設していると共にその一端にはオーバーフローである受水部９を有する。
これらはケース内或いは台上におかれている。

この各セル１の上部には給水用のパイプ３を有しており、タンク２からポンプ７で揚水された食塩水１０を各セル１内に供給する。
本図では各セル１上部を開口とし、上部の給水用のパイプ３にはそれぞれのセル１の開口位置に合致した個所に孔を有して、ここから食塩水１０を供給している。
例えばこれらの間即ち給水用のパイプ３とセル１間に別途パイプ等を用いて食塩水１０を供給するものであってもよい。
又、セル１は多数並設している一例を示すが、この数や配置状態に限られることがなく、必要な量を任意の配設位置に配置するものであってもよい。
又、一段構成ではなく多段構成にするものであってももちろんよい。

これらの下部には排水トレイ６を有しており、それぞれの各セル１からこの排水トレイ６に内に排水するためのパイプ４を有している。
この場合排水トレイ６の上部は密封されていることからこの排水トレイ６内に食塩水１０が満たされた場合にこのパイプ４を通じてセル１内に食塩水１０が満たされていくものである。
更に排水トレイ６の下部にはタンク２を有しており、パイプ４でつながっているものである。 この排水用のパイプ４には排水弁８を有しており、必要に応じて開閉することができる。
また、この排水トレイ６と排水弁８の間には更に受水部９内に連通するパイプ４が連通している。

従ってこの排水弁８を閉じると共に上部より食塩水１０を供給することにより排水トレイ６内、更にはセル１内と受水部９内に食塩水１０が貯水し、充填することができる。 この充填状態から排水弁８を開くことにより排水トレイ６内、更にはセル１内と受水部９内の食塩水１０をタンク２に戻すことができる。
尚、本図のオーバーフロー構成は一例であり、この構成に限定されるものではない。 例えば、排水トレイ６と排水弁８の間に有する受水部９と連通するパイプ４は、これに代えて直接受水部９と排水トレイ６とを連通するパイプを有するものであってもよい。 或いは、各セル１の水位を基準となる一定水位に維持するための一般的に多用されている他のオーバーフロー構造を有するものであってもよい。
例えば水位センサーを設けて食塩水１０のセル１ごとの水位を検知し、それぞれに応じて適切な水位を維持するための食塩水を供給する供給手段を有するものや、セル１内の水位が一定基準を超えたセルごとに排水できる排水手段を有するもの等を用いてもよい。

図４は、本発明に係る非常用マグネシウム発電機のセル１内に食塩水１０を満たした状態の一例を示す図であり、セル１内の適正水位を保っている状態を示しており、受水部９内の水位維持用のパイプ５の開口位置までの水位を有しているものである。
もちろん排水トレイ６とタンク２との間の排水用のパイプ４に有する排水弁８は閉じている。
従ってこの状態で発電ができるものである。
更にこの状態から排水弁８を開くことにより排水トレイ６内、更にはセル１内と受水部９内の食塩水１０をタンク２に戻すことができるものであり、これによって発電を停止し保管状態を作り出すことができる。

このように構成した場合通常時はタンク２内に食塩水１０を入れておくかあるいは別途保管しておき、非常時に備えておくことができる。
発電が必要となる非常時にはタンク２内に入っている食塩水１０或いはタンク２内に食塩水１０を入れ、揚水ポンプ７を稼働させると共に排水弁８を閉じることによってセル１内に必要量の食塩水１０を満たすことができ、発電を開始できる。
この場合揚水ポンプ７を稼働させられる予備電力さえあれば非常時に発電を開始することができ、本発明に係る非常用マグネシウム発電機によって発電を開始できるものである。

１ セル
１１ マグネシウム板
１２ 正極
２ タンク
３ 給水用のパイプ
４ 排水用のパイプ
５ 水位維持用のパイプ
６ 排水トレイ
７ ポンプ
８ 排水弁
９ 受水部
１０ 食塩水

Claims (4)

1. マグネシウム板１１と正極板１２を有するセル１と該セル１内に食塩水１０を充填して発電する非常用マグネシウム発電機であって、
   該セル１内と連通する排水トレイ６を有し、
   該排水トレイ６からタンク２に連通する排水用のパイプ４を有し、
   該排水トレイ６からタンク２に連通する排水用のパイプ４には排水弁８を有し、
   タンク２内の食塩水１０をセル１内にポンプ７をもって給水し、
   ポンプ７と排水弁８とを制御することによりセル１内に食塩水１０を供給し、又は強制的にセル１内の食塩水１０を排水することを特徴とする非常用マグネシウム発電機。
2. セル１内の給水した食塩水１０を適正水位位置に貯水するためのオーバーフローを有するものであり、
   セル１内の供給する食塩水１０が所定の水位を超えた場合に該超えた食塩水１０をオーバーフローによりタンク２に送るものであることを特徴とする請求項１記載の非常用マグネシウム発電機。
3. オーバーフローは、受水部９を有すると共に、
   該受水部９内と連通するパイプ４を有し、該パイプ４は排水トレイ６と排水弁８との間のパイプ４に連通し、
   更に該受水部９内と連通する水位維持用のパイプ５を有し、該水位維持用のパイプ５の受水部９内の上端部には開口部を有し、
   該開口部の配設位置が発電時のセル１内の食塩水１０の適正水位位置であることを特徴とする請求項２記載の非常用マグネシウム発電機。
4. 多数のセル１を有し、各セル１内に食塩水１０を給水すると共に各セル１内の給水した食塩水１０を適正水位位置に貯水することを特徴とする請求項1乃至３のいずれかに記載の非常用マグネシウム発電機。
   

Images