JP2970938B2 - 金属空気電源装置 - Google Patents
金属空気電源装置Info
- Publication number
- JP2970938B2 JP2970938B2 JP6524605A JP52460594A JP2970938B2 JP 2970938 B2 JP2970938 B2 JP 2970938B2 JP 6524605 A JP6524605 A JP 6524605A JP 52460594 A JP52460594 A JP 52460594A JP 2970938 B2 JP2970938 B2 JP 2970938B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- air
- load
- current
- cathode
- metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims description 11
- 239000003570 air Substances 0.000 claims abstract description 291
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 47
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 47
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 47
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 7
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000005465 channeling Effects 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HUCVOHYBFXVBRW-UHFFFAOYSA-M caesium hydroxide Chemical compound [OH-].[Cs+] HUCVOHYBFXVBRW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- -1 hydroxide ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 241000167854 Bourreria succulenta Species 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 230000001588 bifunctional effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 235000019693 cherries Nutrition 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000002964 rayon Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
- H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
- H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
- H01M12/08—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/50—Methods or arrangements for servicing or maintenance, e.g. for maintaining operating temperature
- H01M6/5038—Heating or cooling of cells or batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
- Primary Cells (AREA)
- Control Of Vending Devices And Auxiliary Devices For Vending Devices (AREA)
- Professional, Industrial, Or Sporting Protective Garments (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は一般に空気管理システムに関し、より詳細に
は、カソードに空気と水分を入れるための制御に関す
る。
は、カソードに空気と水分を入れるための制御に関す
る。
発明の背景 金属空気電池は水成電解質によって分離される通気性
のカソードと金属アノードとを含む。例えば、亜鉛空気
電池の操作中に、周囲空気からの酸素がカソードにおい
て水酸化物イオンに変換され、亜鉛はアノードにおいて
酸化され、水酸化物イオンと反応し、水と電子が開放さ
れて電気エネルギーを提供する。金属空気電池のカソー
ドは金属または金属組成物等の重い材料よりむしろ周囲
空気からの酸素を電気化学的反応における反応物として
利用するので、金属空気電池は比較的高いエネルギー密
度を持つ。
のカソードと金属アノードとを含む。例えば、亜鉛空気
電池の操作中に、周囲空気からの酸素がカソードにおい
て水酸化物イオンに変換され、亜鉛はアノードにおいて
酸化され、水酸化物イオンと反応し、水と電子が開放さ
れて電気エネルギーを提供する。金属空気電池のカソー
ドは金属または金属組成物等の重い材料よりむしろ周囲
空気からの酸素を電気化学的反応における反応物として
利用するので、金属空気電池は比較的高いエネルギー密
度を持つ。
金属空気電池セルは充分な量の電力出力を提供するた
めに、しばしば多数のセル電池パックに配置される。加
えて、電池の空気カソードを所望の出力を達成するのに
充分な流量で連続する空気の流れに曝すことが必要であ
る。このような配置はCheikyの第4913983号に示されて
おり、そこでは金属空気電池セルのパックに空気の流れ
を供給するためにファンを使用している。金属空気電池
が抱える１つの問題は周囲の湿度が金属空気電池の故障
を引き起こし得ることである。金属空気電池の平衡蒸気
圧は典型的に約45％の平衡相対湿度を生じさせる。周囲
の湿度が金属空気電池にとっての平衡相対湿度値より大
きい場合、金属空気電池はカソードを通して空気から水
分を吸収し、フラッディング（flooding）と呼ばれる状
態により故障するであろう。フラッディングは電池のバ
ーストを引き起こすかもしれない。周囲湿度が金属空気
電池にとっての平衡相対湿度値より小さい場合、金属空
気電池は電解質から空気カソードを通して水蒸気を開放
し、ドライ・アウト（dryout）により故障するであろ
う。金属空気電池が使用されるほとんどの環境におい
て、故障はドライ・アウトから生じる。
めに、しばしば多数のセル電池パックに配置される。加
えて、電池の空気カソードを所望の出力を達成するのに
充分な流量で連続する空気の流れに曝すことが必要であ
る。このような配置はCheikyの第4913983号に示されて
おり、そこでは金属空気電池セルのパックに空気の流れ
を供給するためにファンを使用している。金属空気電池
が抱える１つの問題は周囲の湿度が金属空気電池の故障
を引き起こし得ることである。金属空気電池の平衡蒸気
圧は典型的に約45％の平衡相対湿度を生じさせる。周囲
の湿度が金属空気電池にとっての平衡相対湿度値より大
きい場合、金属空気電池はカソードを通して空気から水
分を吸収し、フラッディング（flooding）と呼ばれる状
態により故障するであろう。フラッディングは電池のバ
ーストを引き起こすかもしれない。周囲湿度が金属空気
電池にとっての平衡相対湿度値より小さい場合、金属空
気電池は電解質から空気カソードを通して水蒸気を開放
し、ドライ・アウト（dryout）により故障するであろ
う。金属空気電池が使用されるほとんどの環境におい
て、故障はドライ・アウトから生じる。
金属空気電池が充分な電力出力を維持するために、適
当な量の酸素を供給するためカソードを横切る高い空気
流が必要である。層状の空気流において、カソードと直
接接触する空気の層から急速に酸素が涸渇される。カソ
ードを横切る周囲空気流量を増加させることによって乱
流を作り出すことが涸渇された酸素を戻す１つの方法で
ある。しかしながら、周囲空気で空気流を増加させるこ
とは、周囲空気の相対湿度に応じてフラッディングまた
はドライ・アウトの問題を悪化させる。
当な量の酸素を供給するためカソードを横切る高い空気
流が必要である。層状の空気流において、カソードと直
接接触する空気の層から急速に酸素が涸渇される。カソ
ードを横切る周囲空気流量を増加させることによって乱
流を作り出すことが涸渇された酸素を戻す１つの方法で
ある。しかしながら、周囲空気で空気流を増加させるこ
とは、周囲空気の相対湿度に応じてフラッディングまた
はドライ・アウトの問題を悪化させる。
カソードへの酸素の供給を不十分にする別の問題は、
カソードプレナムのデザインに起因するのかもしれな
い。一般に、カソードプレナムは周囲空気を受け入れる
インレットと、反応物空気を排出するアウトレットとを
有する。Cheikyの米国特許第4894295号は、金属空気電
池セルのカソードに空気を入れるため、線形の通風ダク
ト、もしくはＵ字型の通風ダクトのいずれかを有する空
気室ハウジングを開示している。空気は最初インレット
からアウトレットへとカソードを横切ってダクトの中心
を下方に流れ、チャネリング効果を生じさせることがあ
る。このチャネリング効果のために、空気流チャネルか
ら離れた空気ポケットが移動し、非常にゆっくりとした
速度で新鮮な空気と置き換えられ、こうして金属空気電
池の出力を低下させることがある。チャネリング効果の
減少が電池出力を増大させるであろう。
カソードプレナムのデザインに起因するのかもしれな
い。一般に、カソードプレナムは周囲空気を受け入れる
インレットと、反応物空気を排出するアウトレットとを
有する。Cheikyの米国特許第4894295号は、金属空気電
池セルのカソードに空気を入れるため、線形の通風ダク
ト、もしくはＵ字型の通風ダクトのいずれかを有する空
気室ハウジングを開示している。空気は最初インレット
からアウトレットへとカソードを横切ってダクトの中心
を下方に流れ、チャネリング効果を生じさせることがあ
る。このチャネリング効果のために、空気流チャネルか
ら離れた空気ポケットが移動し、非常にゆっくりとした
速度で新鮮な空気と置き換えられ、こうして金属空気電
池の出力を低下させることがある。チャネリング効果の
減少が電池出力を増大させるであろう。
周囲空気と反応物空気の流れを制御することによっ
て、金属空気電池のフラッディングまたはドライ・アウ
トを引き起こす問題の幾つかを減少させることができよ
う。
て、金属空気電池のフラッディングまたはドライ・アウ
トを引き起こす問題の幾つかを減少させることができよ
う。
Sandersonの米国特許第3473963号は周囲空気及び反応
物空気のための制御を提供する燃料電池システムを開示
している。Sandersonは電池の操作中に電池から得られ
る水分を積んだ反応物空気を再循環させ、電池によって
使用される周囲空気を湿らせている。再循環される湿っ
た反応物空気は二酸化炭素スクラバーにおいて二酸化炭
素の吸収を高めるためにも使用されている。Sanderson
の反応物空気を再循環させる方法が燃料電池のドライ・
アウトを防止する助けをする一方で、Sandersonはこの
システムに入る周囲空気の適切な制御を提供してはいな
い。周囲空気が高い湿度を持つ時、Sandersonは周囲空
気における水分を補償するための適切な制御を提供して
いない。従って、電池は周囲空気の結果としてフラッデ
ィングに曝されるかもしれない。冷却空気と反応空気の
供給が結合されるので、いずれも水分制御を提供するた
めに別個に制限され得ない。Sandersonのシステムに入
る周囲空気の完全な制御の欠如は上述した問題を緩和し
ていない。
物空気のための制御を提供する燃料電池システムを開示
している。Sandersonは電池の操作中に電池から得られ
る水分を積んだ反応物空気を再循環させ、電池によって
使用される周囲空気を湿らせている。再循環される湿っ
た反応物空気は二酸化炭素スクラバーにおいて二酸化炭
素の吸収を高めるためにも使用されている。Sanderson
の反応物空気を再循環させる方法が燃料電池のドライ・
アウトを防止する助けをする一方で、Sandersonはこの
システムに入る周囲空気の適切な制御を提供してはいな
い。周囲空気が高い湿度を持つ時、Sandersonは周囲空
気における水分を補償するための適切な制御を提供して
いない。従って、電池は周囲空気の結果としてフラッデ
ィングに曝されるかもしれない。冷却空気と反応空気の
供給が結合されるので、いずれも水分制御を提供するた
めに別個に制限され得ない。Sandersonのシステムに入
る周囲空気の完全な制御の欠如は上述した問題を緩和し
ていない。
Jacquelinのフランス特許第2353142号は電池によって
使用される空気のための再循環通路を提供する電気化学
的発電機用の空気供給システムを開示している。空気管
理器は炭酸塩沈着物の局部的濃集を避け、入ってくる空
気（酸素）の量を変化させることによって電池の出力を
変化させるようにデザインされている。Jacquelinは３
つの操作モードを開示している。最大モード、スローモ
ーションモード、そして所定の機能モードである。最大
操作モードの間に、空気が大気からカソードを横切って
入り、アウトレットを通して排気される。最大操作モー
ドの間、空気は再循環されない。空気が大気へと排気さ
れている時に、空気の循環を補償するためにターボ排気
装置が設けられている。空気の相対湿度を補償するため
の制御がない最大モード中の操作は、上述したようなフ
ラッディングとドライ・アウトの問題に曝されることに
なる。スローモーションモード中は、周囲空気は入れら
れず、また空気の排気も行われないので、空気からの酸
素供給は急速に涸渇される。これは低い、またはゆっく
りとした操作モードを生じさせる。所定の機能モード中
は、新鮮な空気が混合バルブによって設定される割合で
空気と混合される。所定の機能モードでは、入れられる
周囲空気は最大操作モードにおけるようにフラッディン
グとドライ・アウトという問題に電池を曝すかもしれな
い。Jacquelinの発明は電極の全表面上の残留二酸化炭
素の優れた分布を保証するために、電極上に一定のガス
流を維持することを提案している。フラッディングもし
くはドライ・アウトの影響を減少させながら、空気流を
供給し、変化させて変化する負荷要求を満たすための何
如なる方法も提供されていない。更に、空気はアノード
溶液を運ぶパイプと、一連の電池を含む囲まれた空間に
供給される。電池の全ての構成要素が空気流に曝される
ので、酸素を供給するための空気の制御を妨げる冷却要
件が予想されるであろう。なぜなら、電気化学的反応の
ために必要である以上の空気がしばしば冷却のために必
要とされるからである。
使用される空気のための再循環通路を提供する電気化学
的発電機用の空気供給システムを開示している。空気管
理器は炭酸塩沈着物の局部的濃集を避け、入ってくる空
気（酸素）の量を変化させることによって電池の出力を
変化させるようにデザインされている。Jacquelinは３
つの操作モードを開示している。最大モード、スローモ
ーションモード、そして所定の機能モードである。最大
操作モードの間に、空気が大気からカソードを横切って
入り、アウトレットを通して排気される。最大操作モー
ドの間、空気は再循環されない。空気が大気へと排気さ
れている時に、空気の循環を補償するためにターボ排気
装置が設けられている。空気の相対湿度を補償するため
の制御がない最大モード中の操作は、上述したようなフ
ラッディングとドライ・アウトの問題に曝されることに
なる。スローモーションモード中は、周囲空気は入れら
れず、また空気の排気も行われないので、空気からの酸
素供給は急速に涸渇される。これは低い、またはゆっく
りとした操作モードを生じさせる。所定の機能モード中
は、新鮮な空気が混合バルブによって設定される割合で
空気と混合される。所定の機能モードでは、入れられる
周囲空気は最大操作モードにおけるようにフラッディン
グとドライ・アウトという問題に電池を曝すかもしれな
い。Jacquelinの発明は電極の全表面上の残留二酸化炭
素の優れた分布を保証するために、電極上に一定のガス
流を維持することを提案している。フラッディングもし
くはドライ・アウトの影響を減少させながら、空気流を
供給し、変化させて変化する負荷要求を満たすための何
如なる方法も提供されていない。更に、空気はアノード
溶液を運ぶパイプと、一連の電池を含む囲まれた空間に
供給される。電池の全ての構成要素が空気流に曝される
ので、酸素を供給するための空気の制御を妨げる冷却要
件が予想されるであろう。なぜなら、電気化学的反応の
ために必要である以上の空気がしばしば冷却のために必
要とされるからである。
反応物空気を更に制御するために、１つの先行技術の
デザインは反応物空気を冷却空気流から分離する。この
デザインでは、反応物空気の流量は冷却流に対して減少
され、フラッディングまたはドライ・アウトの影響を減
少させる。更に本発明の前に、空気電地に流れる空気の
湿度を制御することが提案されている。
デザインは反応物空気を冷却空気流から分離する。この
デザインでは、反応物空気の流量は冷却流に対して減少
され、フラッディングまたはドライ・アウトの影響を減
少させる。更に本発明の前に、空気電地に流れる空気の
湿度を制御することが提案されている。
Beal他による米国特許第4729930号は、過渡的負荷が
増大する間に、燃料電池発電所用の空気供給を調節し増
大させる装置を開示している。Bealはマイクロプロセッ
サーの入力に接続される出力を持つ負荷モニターを提供
しており、その出力は空気供給ラインにおいてモーター
制御されるバルブを調節する。加えられる負荷が増加す
る時、燃料電池の酸素涸渇を防止するため、Bealは増大
する負荷要求を満たすために、制御バルブが酸素流を可
能にするセッティングに達するのに必要な時間を計算し
ている。Bealによれば、負荷要求を直ちに満たすために
充分早く制御バルブを通して酸素供給を増加させること
ができない場合、Bealは酸素を燃料電池により早く提供
するために、負荷要求が増大すると同時に補助ソレノイ
ド・バルブを提供している。補助バルブは利用できる酸
素によって作られる理論的な電流と、実際の負荷要求と
の差が１つかそれ以上の予め選択された値以下に低下す
ると、閉じるようになっている。Bealは負荷要求が増大
した時に酸素供給を増加させる方法を開示する一方、ド
ライ・アウトまたはフラッディングを防止するため乾燥
空気もしくは高い湿度を持つ空気の超過量を制限するこ
とにより水分制御を提供するため、負荷要求が減少した
時、燃料電池への酸素供給を減少させる方法を開示して
はいない。また、Bealは水分制御を提供するために、カ
ソードによって利用される反応物空気を再循環させるこ
とを開示してはいない。
増大する間に、燃料電池発電所用の空気供給を調節し増
大させる装置を開示している。Bealはマイクロプロセッ
サーの入力に接続される出力を持つ負荷モニターを提供
しており、その出力は空気供給ラインにおいてモーター
制御されるバルブを調節する。加えられる負荷が増加す
る時、燃料電池の酸素涸渇を防止するため、Bealは増大
する負荷要求を満たすために、制御バルブが酸素流を可
能にするセッティングに達するのに必要な時間を計算し
ている。Bealによれば、負荷要求を直ちに満たすために
充分早く制御バルブを通して酸素供給を増加させること
ができない場合、Bealは酸素を燃料電池により早く提供
するために、負荷要求が増大すると同時に補助ソレノイ
ド・バルブを提供している。補助バルブは利用できる酸
素によって作られる理論的な電流と、実際の負荷要求と
の差が１つかそれ以上の予め選択された値以下に低下す
ると、閉じるようになっている。Bealは負荷要求が増大
した時に酸素供給を増加させる方法を開示する一方、ド
ライ・アウトまたはフラッディングを防止するため乾燥
空気もしくは高い湿度を持つ空気の超過量を制限するこ
とにより水分制御を提供するため、負荷要求が減少した
時、燃料電池への酸素供給を減少させる方法を開示して
はいない。また、Bealは水分制御を提供するために、カ
ソードによって利用される反応物空気を再循環させるこ
とを開示してはいない。
上述したCheikyの米国特許第4913983号は空気流が可
変速度ファンによって変えられる金属空気電池電源を開
示している。金属空気電池セルは、電源が使用されない
時に容器を密閉するため、空気のインレットとアウトレ
ットの前に移動可能なバッフルを備えた気密チャンバー
の中に囲まれる。電源が入れられると、空気バッフルは
動かされて、空気流がエア・インレットに入るように
し、空気はエア・アウトレットを通して排気される。エ
ア・インレットを通して空気流を制御するファンは、接
続されるコンピューターの使用要件に応じて異なる速度
で運転される。Cheikyの'983は出力レベルを変えるため
にエア・インレットを通して空気カソードへと利用可能
な空気を制限することを開示してはおらず、また電源を
通る空気を再循環させてはいない。
変速度ファンによって変えられる金属空気電池電源を開
示している。金属空気電池セルは、電源が使用されない
時に容器を密閉するため、空気のインレットとアウトレ
ットの前に移動可能なバッフルを備えた気密チャンバー
の中に囲まれる。電源が入れられると、空気バッフルは
動かされて、空気流がエア・インレットに入るように
し、空気はエア・アウトレットを通して排気される。エ
ア・インレットを通して空気流を制御するファンは、接
続されるコンピューターの使用要件に応じて異なる速度
で運転される。Cheikyの'983は出力レベルを変えるため
にエア・インレットを通して空気カソードへと利用可能
な空気を制限することを開示してはおらず、また電源を
通る空気を再循環させてはいない。
発明の要約 一般的に言えば、本発明は負荷の動作状態に基づいて
空気の取り入れを行う金属空気電源装置を提供する。金
属空気電源装置は、空気カソード及びアノードを有し、
負荷への電力を供給するための金属空気電池セルと、カ
ソードの隣接部へ向けられた反応物空気通路とを含む。
反応物空気通路は、反応物空気を供給するために、空気
カソードの隣接部に空気流を向けると同時に、空気カソ
ードの隣接部から反応物空気を排出する機能をもつ。本
発明の電源装置は、更に、周囲空気を再循環反応物空気
流に取り入れるための、調節可能なエアインレットと、
負荷の動作時に、金属空気電池セルを引き出される出力
電流を測定するために接続される出力モニター回路と、
エアインレットの操作手段とを含む。本発明の金属空気
電源装置は、複数の動作状態を持ち、特定された動作状
態の任意の１つを表示するためのレジスタを有する負荷
と、負荷に接続され、負荷のレジスタに表示された負荷
の動作状態を検出するための出力センサ回路とを特徴と
する。出力センサ回路は、負荷の各々の動作状態に対す
るエアインレットの最適な設定値をメモリ装置に蓄積
し、更に、検出した負荷の動作状態に相応した、蓄積さ
れたメモリの値にエアインレットの位置を調節する。
空気の取り入れを行う金属空気電源装置を提供する。金
属空気電源装置は、空気カソード及びアノードを有し、
負荷への電力を供給するための金属空気電池セルと、カ
ソードの隣接部へ向けられた反応物空気通路とを含む。
反応物空気通路は、反応物空気を供給するために、空気
カソードの隣接部に空気流を向けると同時に、空気カソ
ードの隣接部から反応物空気を排出する機能をもつ。本
発明の電源装置は、更に、周囲空気を再循環反応物空気
流に取り入れるための、調節可能なエアインレットと、
負荷の動作時に、金属空気電池セルを引き出される出力
電流を測定するために接続される出力モニター回路と、
エアインレットの操作手段とを含む。本発明の金属空気
電源装置は、複数の動作状態を持ち、特定された動作状
態の任意の１つを表示するためのレジスタを有する負荷
と、負荷に接続され、負荷のレジスタに表示された負荷
の動作状態を検出するための出力センサ回路とを特徴と
する。出力センサ回路は、負荷の各々の動作状態に対す
るエアインレットの最適な設定値をメモリ装置に蓄積
し、更に、検出した負荷の動作状態に相応した、蓄積さ
れたメモリの値にエアインレットの位置を調節する。
本発明の金属空気電源装置は、更に、負荷によって引
き出される電流値を決定する手段と、負荷の動作状態と
引き出される電流値との比較に基づき、エアインレット
を調節する手段とを特徴とするであろう。出力センサ回
路は、更に、タイマーと、エアインレットの位置がその
時点での負荷の動作状態における最適な値でない場合、
及び、引き出される電流がその時点での負荷の動作状態
に要求される電流の最小値以下である場合に、タイマー
を作動させる手段とを特徴とするであろう。この場合、
作動したタイマーが所定の時間が経過したことを表示し
た後、出力センサ回路はエアインレットの位置を予め選
択された最適な位置に調節する。
き出される電流値を決定する手段と、負荷の動作状態と
引き出される電流値との比較に基づき、エアインレット
を調節する手段とを特徴とするであろう。出力センサ回
路は、更に、タイマーと、エアインレットの位置がその
時点での負荷の動作状態における最適な値でない場合、
及び、引き出される電流がその時点での負荷の動作状態
に要求される電流の最小値以下である場合に、タイマー
を作動させる手段とを特徴とするであろう。この場合、
作動したタイマーが所定の時間が経過したことを表示し
た後、出力センサ回路はエアインレットの位置を予め選
択された最適な位置に調節する。
本発明の金属空気電源装置は、更に、負荷によって引
き出される電流の決定手段と、電流が負荷の要求を満た
さない場合に、所定の時間期間に、金属空気電池セルに
空気を供給するためにエアインレットを開く手段とを特
徴とするであろう。出力センサ回路は、更に、引き出さ
れる電流が、その時点での負荷の動作状態に要求される
電流の最小値以下であるかを決定する手段と、引き出さ
れる電流が、その時点での負荷の動作状態に要求される
電流の最小値以下である場合にエアインレットを調節す
る手段とを特徴とするであろう。
き出される電流の決定手段と、電流が負荷の要求を満た
さない場合に、所定の時間期間に、金属空気電池セルに
空気を供給するためにエアインレットを開く手段とを特
徴とするであろう。出力センサ回路は、更に、引き出さ
れる電流が、その時点での負荷の動作状態に要求される
電流の最小値以下であるかを決定する手段と、引き出さ
れる電流が、その時点での負荷の動作状態に要求される
電流の最小値以下である場合にエアインレットを調節す
る手段とを特徴とするであろう。
図面の簡単な説明 図１は金属空気電池に関連する、本発明の空気管理シ
ステムの横断面図で示された概略図である。
ステムの横断面図で示された概略図である。
図２は加湿機を空気管理システムに組み込んだ本発明
の別の態様の概略図である。
の別の態様の概略図である。
図３は図１と図２に示された本発明のカソードプレナ
ムの上面図である。
ムの上面図である。
図４は自動的に制御されるエアバルブの態様を図示す
るフローチャートである。
るフローチャートである。
図５は自動的に制御されるエアバルブの別の態様を図
示するフローチャートである。
示するフローチャートである。
発明の詳細な説明 更に詳細に、幾つかの図において同様な部品には同様
な参照符号を付している図面を参照すると、図１及び図
２は、２機能空気電極を組み込んだ二次金属空気電池20
のための本発明を具現化する空気管理システム10を示し
ている。電池ケース22内には、方形のサポート32によっ
て支持されたカソード28と、アノード36と、電解液34が
配置されている。反応物空気が循環するカソードプレナ
ム39をカソード28の上に設けることができる。金属空気
電池20の電池ケース22内では、方形のサポート32が、ア
ノード36とカソード28の周囲に装着されている。適切な
空気カソードは、アメリカ合衆国特許第4354958号、第4
518705号、第4615954号、第4927514号、第4444852号に
開示されている。空気は、ガス透過性メンブレン37を通
してカソード28まで達する。適切なアノード36は、アメ
リカ合衆国特許第4957826号に開示されているような巻
き付け亜鉛アノードであり、その開示内容を参考までに
ここに含めてある。アノード36は、綿、レーヨン、改質
CMC、あるいは、可湿性プラスチック・ファイバーとい
った吸湿性、可湿性、耐酸化性織布、あるいは、不織布
のシート38で巻かれている。このシート38は、アメリカ
合衆国特許第4957826号に開示されているようなKOH、Li
OH、NaOH、CsOH、あるいは、類似のものといったＩ族金
属水酸化物を含む水性塩基といった適切な電解質34に浸
される。
な参照符号を付している図面を参照すると、図１及び図
２は、２機能空気電極を組み込んだ二次金属空気電池20
のための本発明を具現化する空気管理システム10を示し
ている。電池ケース22内には、方形のサポート32によっ
て支持されたカソード28と、アノード36と、電解液34が
配置されている。反応物空気が循環するカソードプレナ
ム39をカソード28の上に設けることができる。金属空気
電池20の電池ケース22内では、方形のサポート32が、ア
ノード36とカソード28の周囲に装着されている。適切な
空気カソードは、アメリカ合衆国特許第4354958号、第4
518705号、第4615954号、第4927514号、第4444852号に
開示されている。空気は、ガス透過性メンブレン37を通
してカソード28まで達する。適切なアノード36は、アメ
リカ合衆国特許第4957826号に開示されているような巻
き付け亜鉛アノードであり、その開示内容を参考までに
ここに含めてある。アノード36は、綿、レーヨン、改質
CMC、あるいは、可湿性プラスチック・ファイバーとい
った吸湿性、可湿性、耐酸化性織布、あるいは、不織布
のシート38で巻かれている。このシート38は、アメリカ
合衆国特許第4957826号に開示されているようなKOH、Li
OH、NaOH、CsOH、あるいは、類似のものといったＩ族金
属水酸化物を含む水性塩基といった適切な電解質34に浸
される。
図１及び図２に示したように、本発明の好ましい実施
例に従って作成された空気管理システム10は、金属空気
電池20の反応物空気のための再循環通路40を含む。再循
環された空気のための閉じられた通路を規定するため
に、カソードプレナム39は、再循環通路40に含まれてい
る。カソードへの再循環空気の流れは、アノードに隣接
した冷却空気の流れから分離されている。再循環通路40
には、酸素発生器42、あるいは、酸素の代替源として金
属空気電池20に隣接したその他の比較的純粋な酸素源を
組み込むことができる。反応物空気の再循環を容易にす
るため、及び反応物空気の乱流を増大させるために、フ
ァン44を再循環通路40に配置する。通路を通る空気の流
量は、１分当たり0.5リットル以上であることが望まし
い。再循環通路40は、エア・インレット46とエア・アウ
トレット48を有しており、それを通して、それぞれ、エ
ア・インレット・バルブ47及びエア・アウトレット・バ
ルブ49によって空気の流れが制御される。エア・インレ
ット46とエア・インレット・バルブ47は、再循環する反
応物空気から電池によって除去された酸素をほぼ入れ換
えるに十分な量だけ、周囲の空気を再循環する反応物空
気に入れる。エアバルブ47が開いたときに、エア・アウ
トレット48を通して反応物空気の相応した量を排気する
ことができる。選択した電流出力を維持するために、周
囲空気を反応物空気の流れに入れることができる。十分
な量の空気が入ったら、バルブ47及び48を閉じることが
できる。
例に従って作成された空気管理システム10は、金属空気
電池20の反応物空気のための再循環通路40を含む。再循
環された空気のための閉じられた通路を規定するため
に、カソードプレナム39は、再循環通路40に含まれてい
る。カソードへの再循環空気の流れは、アノードに隣接
した冷却空気の流れから分離されている。再循環通路40
には、酸素発生器42、あるいは、酸素の代替源として金
属空気電池20に隣接したその他の比較的純粋な酸素源を
組み込むことができる。反応物空気の再循環を容易にす
るため、及び反応物空気の乱流を増大させるために、フ
ァン44を再循環通路40に配置する。通路を通る空気の流
量は、１分当たり0.5リットル以上であることが望まし
い。再循環通路40は、エア・インレット46とエア・アウ
トレット48を有しており、それを通して、それぞれ、エ
ア・インレット・バルブ47及びエア・アウトレット・バ
ルブ49によって空気の流れが制御される。エア・インレ
ット46とエア・インレット・バルブ47は、再循環する反
応物空気から電池によって除去された酸素をほぼ入れ換
えるに十分な量だけ、周囲の空気を再循環する反応物空
気に入れる。エアバルブ47が開いたときに、エア・アウ
トレット48を通して反応物空気の相応した量を排気する
ことができる。選択した電流出力を維持するために、周
囲空気を反応物空気の流れに入れることができる。十分
な量の空気が入ったら、バルブ47及び48を閉じることが
できる。
周囲空気と反応物空気を再循環通路40を通して再循環
及び混合することによって、上記で論じたフラッディン
グとドライ・アウトの問題を制御することができる。最
初にエア・アウトレット・バルブ48を閉じ、次に、周囲
空気から、電池への最初の空気の供給を得る。電池の動
作を可能にするために、十分な量の周囲空気が入れられ
たら、エア・インレット・バルブ46が閉じられ、再循環
通路40を通して空気が循環される。ファン44は、負荷要
求に対応した割合で、循環する空気の流量を増大させ
る。
及び混合することによって、上記で論じたフラッディン
グとドライ・アウトの問題を制御することができる。最
初にエア・アウトレット・バルブ48を閉じ、次に、周囲
空気から、電池への最初の空気の供給を得る。電池の動
作を可能にするために、十分な量の周囲空気が入れられ
たら、エア・インレット・バルブ46が閉じられ、再循環
通路40を通して空気が循環される。ファン44は、負荷要
求に対応した割合で、循環する空気の流量を増大させ
る。
従来の電流センサとマイクロプロセッサ（図示せず）
で構成される出力センサ回路43は、電流をモニタして、
金属空気電池20から、予め決定された負荷要求を満たす
には不十分な電流が引き出される時期を決定する。電流
センサの出力は、マイクロプロセッサによって分析され
る。また、マイクロプロセッサは、エアバルブを定期的
にリセットして、出力センサ回路43に応じて、過剰な量
の空気が金属空気電池20に供給されないことを保証す
る。負荷回路45に沿ってセンサ回路43を接続して、負荷
41によって引き出された電流をモニタする。負荷回路45
は、一端でカソード端子80に接続され、他端でアノード
端子82に接続されている。
で構成される出力センサ回路43は、電流をモニタして、
金属空気電池20から、予め決定された負荷要求を満たす
には不十分な電流が引き出される時期を決定する。電流
センサの出力は、マイクロプロセッサによって分析され
る。また、マイクロプロセッサは、エアバルブを定期的
にリセットして、出力センサ回路43に応じて、過剰な量
の空気が金属空気電池20に供給されないことを保証す
る。負荷回路45に沿ってセンサ回路43を接続して、負荷
41によって引き出された電流をモニタする。負荷回路45
は、一端でカソード端子80に接続され、他端でアノード
端子82に接続されている。
センサ回路43は、出力信号を供給して、金属空気電池
20から引き出されている電流のレベルが空気の調整が適
切であるとを示す時期を表示する。動作の変動モードを
有する負荷の場合は、動作の特定のモードのために必要
な電流の量が変動する。出力センサ回路43、特にマイク
ロプロセッサは、負荷状態をモニタして、動作モードを
決定し、動作モードを決定する際に、その特定の状態に
必要とされる電流の最小量を、引き出された実際の電流
と比較することができる。例えば、負荷がコンピュータ
である場合、集積回路デバイスのステータス・レジスタ
を読み取ることによって、マイクロプロセッサに接続さ
れた様々な集積回路のステータスすなわち状態を決定す
ることができる。デバイスを動作の状態、あるいは、モ
ードに応じて、必要とされる電流を発生させるために利
用できる空気を調整することができる。特定の状態につ
いて引き出されている電流がその状態について必要とさ
れる最小電流以下である場合には、不十分な電流の引き
出しが表示される。同様に、特定の状態について引き出
されている電流は十分であるが、必要以上の空気が金属
空気電池20に供給されている場合は、空気の流れを制限
する必要があることを示す信号が送出される。電流が不
十分であるか、あるいは、空気の流れを制限する必要が
あることを示す信号を、エアバルブ・コントローラ、あ
るいは、ディスプレーといった応答回路に入力すること
ができる。
20から引き出されている電流のレベルが空気の調整が適
切であるとを示す時期を表示する。動作の変動モードを
有する負荷の場合は、動作の特定のモードのために必要
な電流の量が変動する。出力センサ回路43、特にマイク
ロプロセッサは、負荷状態をモニタして、動作モードを
決定し、動作モードを決定する際に、その特定の状態に
必要とされる電流の最小量を、引き出された実際の電流
と比較することができる。例えば、負荷がコンピュータ
である場合、集積回路デバイスのステータス・レジスタ
を読み取ることによって、マイクロプロセッサに接続さ
れた様々な集積回路のステータスすなわち状態を決定す
ることができる。デバイスを動作の状態、あるいは、モ
ードに応じて、必要とされる電流を発生させるために利
用できる空気を調整することができる。特定の状態につ
いて引き出されている電流がその状態について必要とさ
れる最小電流以下である場合には、不十分な電流の引き
出しが表示される。同様に、特定の状態について引き出
されている電流は十分であるが、必要以上の空気が金属
空気電池20に供給されている場合は、空気の流れを制限
する必要があることを示す信号が送出される。電流が不
十分であるか、あるいは、空気の流れを制限する必要が
あることを示す信号を、エアバルブ・コントローラ、あ
るいは、ディスプレーといった応答回路に入力すること
ができる。
本発明で利用される電流センサは、負荷に接続された
導体の回りの磁場を感知して、導体を流れる電流の量を
決定することが望ましい。この方法に熟知した者は、他
の手段で引き出された電流を測定できるということが理
解できる。変形器タイプ・センサ、あるいは、ホール効
果デバイスといった様々なタイプの電流センサを使用し
て、導体を取り囲む磁場を測定することができる。変成
器タイプのセンサの場合、導体は、変形器の一次電磁エ
レメントの役割を果し、コアの回りのワイヤに二次電磁
エレメントの役割を果させる。一次導体の中の電流に比
例した電流が、二次エレメントに誘導される。ホール効
果デバイスの場合は、半導体センサが、コアの狭いスリ
ットの中に挿入される。この半導体センサは、導体によ
っ誘導された磁場の存在と強度を検出し、そこから比例
出力電圧が生成される。導体の中を流れる電流に比例し
た出力電圧信号をマイクロプロセッサで測定、保存、及
び分析することができる。
導体の回りの磁場を感知して、導体を流れる電流の量を
決定することが望ましい。この方法に熟知した者は、他
の手段で引き出された電流を測定できるということが理
解できる。変形器タイプ・センサ、あるいは、ホール効
果デバイスといった様々なタイプの電流センサを使用し
て、導体を取り囲む磁場を測定することができる。変成
器タイプのセンサの場合、導体は、変形器の一次電磁エ
レメントの役割を果し、コアの回りのワイヤに二次電磁
エレメントの役割を果させる。一次導体の中の電流に比
例した電流が、二次エレメントに誘導される。ホール効
果デバイスの場合は、半導体センサが、コアの狭いスリ
ットの中に挿入される。この半導体センサは、導体によ
っ誘導された磁場の存在と強度を検出し、そこから比例
出力電圧が生成される。導体の中を流れる電流に比例し
た出力電圧信号をマイクロプロセッサで測定、保存、及
び分析することができる。
手動バルブ47及び49を使用している場合、応答回路
は、適切なLEDを点灯するか、あるいは、液晶ディスプ
レー（LCD）に信号を入力することによって、酸素の量
が不十分であること、あるいは、空気の供給を制限する
必要があることを表示する視覚ディスプレイで構成する
ことができる。また、酸素の量が不十分であること、あ
るいは、空気の流れを制限する必要があることを示す信
号を従来のトーン発生器に入力するか、あるいは、従来
の音響、あるいは、音声記録／再生チップに入力して、
空気の供給に応じで予め決定されたメッセージを発生さ
せることができる。
は、適切なLEDを点灯するか、あるいは、液晶ディスプ
レー（LCD）に信号を入力することによって、酸素の量
が不十分であること、あるいは、空気の供給を制限する
必要があることを表示する視覚ディスプレイで構成する
ことができる。また、酸素の量が不十分であること、あ
るいは、空気の流れを制限する必要があることを示す信
号を従来のトーン発生器に入力するか、あるいは、従来
の音響、あるいは、音声記録／再生チップに入力して、
空気の供給に応じで予め決定されたメッセージを発生さ
せることができる。
図４及び図５を参照すると、センサ回路43によって自
動的に制御されたエアバルブを利用する本発明の実施例
を説明するために、フロー図が示されている。与えられ
た負荷によって、様々なモードの動作を利用することが
できる。そうしたモード（負荷状態）の各々について、
最小、あるいは、最適な電流の引き出しを決定し、各々
の負荷状態について、最適な電流出力を生成するために
設定された最適なエアバルブのセッティングを決定する
ことができる。各々の負荷状態について、その負荷状態
に対する最小、あるいは、最適な電流の引き出しを、負
荷に関連したメモリ、あるいは、センサ回路43と関連し
たメモリ・デバイス内に配置されたメモリ・テーブルに
保存することができる。本発明によって、そうした予め
決定された最適な値を利用して、負荷要求を満たすため
に適切な電流を生成できるように、電池で利用できる空
気の量を調節することができる。また、各々の負荷状態
について、最適なバルブのセッティングを保存すること
ができる。
動的に制御されたエアバルブを利用する本発明の実施例
を説明するために、フロー図が示されている。与えられ
た負荷によって、様々なモードの動作を利用することが
できる。そうしたモード（負荷状態）の各々について、
最小、あるいは、最適な電流の引き出しを決定し、各々
の負荷状態について、最適な電流出力を生成するために
設定された最適なエアバルブのセッティングを決定する
ことができる。各々の負荷状態について、その負荷状態
に対する最小、あるいは、最適な電流の引き出しを、負
荷に関連したメモリ、あるいは、センサ回路43と関連し
たメモリ・デバイス内に配置されたメモリ・テーブルに
保存することができる。本発明によって、そうした予め
決定された最適な値を利用して、負荷要求を満たすため
に適切な電流を生成できるように、電池で利用できる空
気の量を調節することができる。また、各々の負荷状態
について、最適なバルブのセッティングを保存すること
ができる。
更に詳細に、図４を参照すると、負荷要求が変化した
時にエア・バルブが自動的に調整されるように、金属空
気電池への定常状態の酸素の流れを維持する本発明の実
施例が示してある。ステップ401では、センサ回路43が
現在の負荷状態を読み取る。最初に、負荷状態は、フロ
ーチャートのループが最初に繰り返される前に最も少な
い電流を必要とする負荷状態に等しくセットされる。次
に、ステップ402で負荷状態が評価され、以前に負荷状
態が決定されて以来の負荷状態が変更されているかどう
かを決定する。負荷状態が変更されている場合は、ステ
ップ403で、エアバルブを負荷状態の最適なセッティン
グに等しく調整するために信号が供給され、適切な量の
空気が金属空気電池20に供給されて、適切な電流が生成
される。この調整により、新しい負荷状態に応じて、酸
素の供給を増大、あるいは、削減することができる。ス
テップ404では、下記で論じるタイマが、各々の状態の
変更に対して初期化される。ステップ405では、センサ4
3によって測定された、負荷により実際に引き出されて
いる実際の電流が評価され、次に、ステップ406で、測
定された電流が、特定の負荷状態に必要とされる最小電
流と比較される。引き出されている実際の電流が、その
負荷状態に必要とされる最小値以下である場合は、ステ
ップ407で予め決定された増分だけ、エアバルブを段階
的に開けるために、信号が供給される。次に、電流要求
を満たすために十分な位置までエアバルブが開けられて
いるかどうか決定するために、ステップ401、402、405
及び406が繰り返される。ステップ406では、電流の引き
出しが負荷状態に必要とされる最小値以下である場合
は、ステップ407で更に予め決定された増分だけ、エア
バルブが段階的に開かれる。しかしながら、電流の引き
出しが、ステップ406で予め決定された特定の負荷状態
に必要とされる最小値以上である（等しい、あるいは、
超過する）場合は、ステップ408で、バルブが保存され
た最適なセッティングであるかどうかを決定するため
に、エアバルブが評価される。バルブの位置が、特定の
負荷状態に対する最適なセッティングであれば、上記で
論じたモニタリング・ステップが繰り返される。しかし
ながら、ステップ408では、例えば、最適な状態よりも
低い酸素含有量を有する空気を補償するために、特定の
負荷状態に関する最適なセッティングよりもエアバルブ
を段階的に広く開くことができる。長時間煙がその区域
にあった場合は、そうした状況が発生することがある。
時にエア・バルブが自動的に調整されるように、金属空
気電池への定常状態の酸素の流れを維持する本発明の実
施例が示してある。ステップ401では、センサ回路43が
現在の負荷状態を読み取る。最初に、負荷状態は、フロ
ーチャートのループが最初に繰り返される前に最も少な
い電流を必要とする負荷状態に等しくセットされる。次
に、ステップ402で負荷状態が評価され、以前に負荷状
態が決定されて以来の負荷状態が変更されているかどう
かを決定する。負荷状態が変更されている場合は、ステ
ップ403で、エアバルブを負荷状態の最適なセッティン
グに等しく調整するために信号が供給され、適切な量の
空気が金属空気電池20に供給されて、適切な電流が生成
される。この調整により、新しい負荷状態に応じて、酸
素の供給を増大、あるいは、削減することができる。ス
テップ404では、下記で論じるタイマが、各々の状態の
変更に対して初期化される。ステップ405では、センサ4
3によって測定された、負荷により実際に引き出されて
いる実際の電流が評価され、次に、ステップ406で、測
定された電流が、特定の負荷状態に必要とされる最小電
流と比較される。引き出されている実際の電流が、その
負荷状態に必要とされる最小値以下である場合は、ステ
ップ407で予め決定された増分だけ、エアバルブを段階
的に開けるために、信号が供給される。次に、電流要求
を満たすために十分な位置までエアバルブが開けられて
いるかどうか決定するために、ステップ401、402、405
及び406が繰り返される。ステップ406では、電流の引き
出しが負荷状態に必要とされる最小値以下である場合
は、ステップ407で更に予め決定された増分だけ、エア
バルブが段階的に開かれる。しかしながら、電流の引き
出しが、ステップ406で予め決定された特定の負荷状態
に必要とされる最小値以上である（等しい、あるいは、
超過する）場合は、ステップ408で、バルブが保存され
た最適なセッティングであるかどうかを決定するため
に、エアバルブが評価される。バルブの位置が、特定の
負荷状態に対する最適なセッティングであれば、上記で
論じたモニタリング・ステップが繰り返される。しかし
ながら、ステップ408では、例えば、最適な状態よりも
低い酸素含有量を有する空気を補償するために、特定の
負荷状態に関する最適なセッティングよりもエアバルブ
を段階的に広く開くことができる。長時間煙がその区域
にあった場合は、そうした状況が発生することがある。
負荷によって引き出された電流が十分であるが、空気
中の酸素の供給が低い場合といった負荷状態に対して最
適な位置を越えてバルブが開けられる状況に対処するた
めに、予めセットされた時間の経過後に最適な位置にバ
ルブのセッティングを戻すために、タイミング・ループ
を設ける。エアバルブが、特定の負荷状態に対する最適
なセッティングを越えたままにされている場合、空気の
酸素含有量が通常の構成に戻った時に必要以上の空気が
金属空気電池20に供給される。ステップ409では、タイ
マがその初期セッティングにあり、特定の負荷状態に対
してタイマが開始されていないことを示している場合
は、ステップ410でタイマが開始される。ステップ411で
は、タイマがそのタイムリミットに達していない場合
は、ステップ401で、評価ステップが再度開始される。
しかしながら、ステップ411で、タイマがそのタイムリ
ミットに達している場合は、ステップ412で、タイマが
その初期セッティングにリセットされる。次に、信号が
供給されて、タイムリミットが終了した後でステップ41
3で最適な位置までエアバルブのセッティングを減少さ
せる。金属空気電池に供給された空気を削減、あるい
は、制限するための方法を提供して、空気が高湿度、あ
るいは、低湿度であるかどうかに応じて、電池のフラッ
ディング及びドライ・アウトに関して上記で論じた問題
が改善される。
中の酸素の供給が低い場合といった負荷状態に対して最
適な位置を越えてバルブが開けられる状況に対処するた
めに、予めセットされた時間の経過後に最適な位置にバ
ルブのセッティングを戻すために、タイミング・ループ
を設ける。エアバルブが、特定の負荷状態に対する最適
なセッティングを越えたままにされている場合、空気の
酸素含有量が通常の構成に戻った時に必要以上の空気が
金属空気電池20に供給される。ステップ409では、タイ
マがその初期セッティングにあり、特定の負荷状態に対
してタイマが開始されていないことを示している場合
は、ステップ410でタイマが開始される。ステップ411で
は、タイマがそのタイムリミットに達していない場合
は、ステップ401で、評価ステップが再度開始される。
しかしながら、ステップ411で、タイマがそのタイムリ
ミットに達している場合は、ステップ412で、タイマが
その初期セッティングにリセットされる。次に、信号が
供給されて、タイムリミットが終了した後でステップ41
3で最適な位置までエアバルブのセッティングを減少さ
せる。金属空気電池に供給された空気を削減、あるい
は、制限するための方法を提供して、空気が高湿度、あ
るいは、低湿度であるかどうかに応じて、電池のフラッ
ディング及びドライ・アウトに関して上記で論じた問題
が改善される。
詳細に図５を参照すると、自動的に制御されたエアバ
ルブを利用する本発明の別の実施例が示してある。図５
に示した実施例は、図４に示した実施例のように複雑な
ものではない。ステップ501では、負荷状態を決定して
から、ステップ502で、負荷の実際の電流の引き出しが
決定される。ステップ503では、電流の引き出しが負荷
状態に必要とされる最小値よりも低ければ、マイクロプ
ロセッサが、ステップ504で予め決定された時間エアバ
ルブを開くための信号を生成し、その時間の後で、エア
バルブが閉じられる。十分な空気が入った後でバルブを
閉じることによって、フラッディングとドライ・アウト
が制御される。空気は金属空気電池20によって利用さ
れ、負荷要求を満たすために十分な電流が生成される。
プログラムがステップ501に戻り、負荷状態をチェック
し、再度、ステップ502で電流引き出しをチェックす
る。引き出されている実際の電流が、負荷状態に必要と
される最小値以下になる程、この閉じられたシステム内
の酸素が減少すると、予め決定されたＥタイムリミット
の間、ステップ504で再度バルブが開けられる。バルブ
を開けるための予め決定されるタイムリミットは、各々
の負荷状態について同じにするか、あるいは、負荷状態
に従って変動させることができる。このシステムを用い
れば、閉じたシステム内の酸素が減少するので負荷状態
が同じであっても、時間期間後に負荷が瞬時歪みを受
け、引き出されている実際の電流が、エアバルブが再度
開かれるまで、必要とされる最小値以下まで低下する。
エアバルブが即座に開くので、電流が最適値以下に低下
する時間期間が短くなる。
ルブを利用する本発明の別の実施例が示してある。図５
に示した実施例は、図４に示した実施例のように複雑な
ものではない。ステップ501では、負荷状態を決定して
から、ステップ502で、負荷の実際の電流の引き出しが
決定される。ステップ503では、電流の引き出しが負荷
状態に必要とされる最小値よりも低ければ、マイクロプ
ロセッサが、ステップ504で予め決定された時間エアバ
ルブを開くための信号を生成し、その時間の後で、エア
バルブが閉じられる。十分な空気が入った後でバルブを
閉じることによって、フラッディングとドライ・アウト
が制御される。空気は金属空気電池20によって利用さ
れ、負荷要求を満たすために十分な電流が生成される。
プログラムがステップ501に戻り、負荷状態をチェック
し、再度、ステップ502で電流引き出しをチェックす
る。引き出されている実際の電流が、負荷状態に必要と
される最小値以下になる程、この閉じられたシステム内
の酸素が減少すると、予め決定されたＥタイムリミット
の間、ステップ504で再度バルブが開けられる。バルブ
を開けるための予め決定されるタイムリミットは、各々
の負荷状態について同じにするか、あるいは、負荷状態
に従って変動させることができる。このシステムを用い
れば、閉じたシステム内の酸素が減少するので負荷状態
が同じであっても、時間期間後に負荷が瞬時歪みを受
け、引き出されている実際の電流が、エアバルブが再度
開かれるまで、必要とされる最小値以下まで低下する。
エアバルブが即座に開くので、電流が最適値以下に低下
する時間期間が短くなる。
負荷に関連したマイクロプロセッサが、出力センサ、
負荷状態の記憶場所及びエアバルブを評価して、上記の
ように適切な出力、あるいは、入力信号を生成、あるい
は、受け取る。図４及び図５に示したロジックを実行す
るために、適切なソフトウェアを書き込むことができ
る。マイクロプロセッサの内部タイマを用いるか、ある
いは、この方法に習熟した者が利用する一般的なタイミ
ング・デバイスを用いて、ソフトウエアでロジックで規
定されたタイミング・ループを実行することができる。
負荷状態の記憶場所及びエアバルブを評価して、上記の
ように適切な出力、あるいは、入力信号を生成、あるい
は、受け取る。図４及び図５に示したロジックを実行す
るために、適切なソフトウェアを書き込むことができ
る。マイクロプロセッサの内部タイマを用いるか、ある
いは、この方法に習熟した者が利用する一般的なタイミ
ング・デバイスを用いて、ソフトウエアでロジックで規
定されたタイミング・ループを実行することができる。
電流の引き出しが不十分であることが表示されたら、
エア・インレット・バルブ47を手動で開けるか、あるい
は、従来の方法で制御ライン50を介して、センサ回路43
の中のソレイノド・バルブ・コントローラ（図示せず）
によって自動的に開くことができる。同様に、表示され
たら、エア・アウトレット・バルブ47を手動で開ける
か、あるいは、制御ライン51を介して自動的に開けて、
上記のように空気を排出することができる。十分な量の
空気が入ったら、様々な操作モード利用することができ
る。空気管理器10に入った酸素の量とファン44が運転さ
れる速度の両方に応じて、低電流出力から高電流出力ま
で操作モードを変動させることができる。入った空気
が、高い酸素含有量を有しており（例えば、酸素発生器
の使用、あるいは、空気から別の成分を濾過することに
よって）、１分当たり500立方インチといった高速ファ
ン44が運転される場合、最大操作モードを利用すること
ができる。同様に、空気の酸素含有量が低いか、あるい
は、ファンの速度が低い場合には、中間及び低い操作モ
ードを利用することができる。
エア・インレット・バルブ47を手動で開けるか、あるい
は、従来の方法で制御ライン50を介して、センサ回路43
の中のソレイノド・バルブ・コントローラ（図示せず）
によって自動的に開くことができる。同様に、表示され
たら、エア・アウトレット・バルブ47を手動で開ける
か、あるいは、制御ライン51を介して自動的に開けて、
上記のように空気を排出することができる。十分な量の
空気が入ったら、様々な操作モード利用することができ
る。空気管理器10に入った酸素の量とファン44が運転さ
れる速度の両方に応じて、低電流出力から高電流出力ま
で操作モードを変動させることができる。入った空気
が、高い酸素含有量を有しており（例えば、酸素発生器
の使用、あるいは、空気から別の成分を濾過することに
よって）、１分当たり500立方インチといった高速ファ
ン44が運転される場合、最大操作モードを利用すること
ができる。同様に、空気の酸素含有量が低いか、あるい
は、ファンの速度が低い場合には、中間及び低い操作モ
ードを利用することができる。
この方法に習熟した者は、負荷の性質に基づいて、図
５及び図６の時間遅延及び図５で要求されたバルブの開
きの増分の増大を決定し、最適化することができること
を理解するだろう。
５及び図６の時間遅延及び図５で要求されたバルブの開
きの増分の増大を決定し、最適化することができること
を理解するだろう。
交互にバルブ46及び47をセットして、選択した一定量
の構成周囲空気を供給し、湿度のアンバランスを最小に
しながら、電池からの出力の一般的に安定した状態を得
ることができる。
の構成周囲空気を供給し、湿度のアンバランスを最小に
しながら、電池からの出力の一般的に安定した状態を得
ることができる。
酸素が減少した時に周囲空気を入れる代わりに、酸素
発生器42が、負荷要求を満たすに十分な酸素を供給する
ことができる。周囲空気が高い相対湿度を有する場合
は、発生器42からの酸素の供給が、バッテリーのフラッ
ディングの防止を補助する上で重要な役割を果す。酸素
が反応物空気からなくなった場合に発生器42からの酸素
を利用することによって、空気管理システム10内の相対
湿度を、より早く金属空気電池20内の電解液34の水の蒸
気圧力に均衡させることができる。上記のように類似の
方法で発生器42からの酸素を利用すれば、様々な操作モ
ードを利用することができる。
発生器42が、負荷要求を満たすに十分な酸素を供給する
ことができる。周囲空気が高い相対湿度を有する場合
は、発生器42からの酸素の供給が、バッテリーのフラッ
ディングの防止を補助する上で重要な役割を果す。酸素
が反応物空気からなくなった場合に発生器42からの酸素
を利用することによって、空気管理システム10内の相対
湿度を、より早く金属空気電池20内の電解液34の水の蒸
気圧力に均衡させることができる。上記のように類似の
方法で発生器42からの酸素を利用すれば、様々な操作モ
ードを利用することができる。
この方法に習熟した者は、アメリカ合衆国特許第4913
983号で示されているように、カソード28を通る空気の
流れの速度を制御することによって、金属空気電池20に
接続された負荷の電流出力が影響をうける、ということ
を理解できるだろう。上記で論じたように、周囲空気の
制御と共に、カソード28を通る空気の流量を調整するこ
とを利用することができる。
983号で示されているように、カソード28を通る空気の
流れの速度を制御することによって、金属空気電池20に
接続された負荷の電流出力が影響をうける、ということ
を理解できるだろう。上記で論じたように、周囲空気の
制御と共に、カソード28を通る空気の流量を調整するこ
とを利用することができる。
図２には、より優れた湿度制御を可能にする本発明の
代替実施例を示してある。空気中の蒸気圧力が低い場合
に再循環された反応物空気を加湿するために、加湿器52
が再循環通路40に一体化されている。加湿器52は、反応
物空気の湿度をモニタする湿度モニタ53に応じて動作す
ることができる。バイパス・チャネル54が、加湿器52の
回りに延び、十分に加湿された再循環空気のための代替
経路を提供する。加湿器モニタ53に応じて動作可能なソ
レノイド・バルブ56を使用して、加湿器52及び／あるい
は、バイパス・チャネル54を通って再循環する空気の流
れの割合を制御することができる。加湿器は、加湿パッ
ドといった一般的なタイプの加湿器で構成することがで
き、あるいは、湿気が空気に加えられる速度に応じて変
動可能とすることができる。
代替実施例を示してある。空気中の蒸気圧力が低い場合
に再循環された反応物空気を加湿するために、加湿器52
が再循環通路40に一体化されている。加湿器52は、反応
物空気の湿度をモニタする湿度モニタ53に応じて動作す
ることができる。バイパス・チャネル54が、加湿器52の
回りに延び、十分に加湿された再循環空気のための代替
経路を提供する。加湿器モニタ53に応じて動作可能なソ
レノイド・バルブ56を使用して、加湿器52及び／あるい
は、バイパス・チャネル54を通って再循環する空気の流
れの割合を制御することができる。加湿器は、加湿パッ
ドといった一般的なタイプの加湿器で構成することがで
き、あるいは、湿気が空気に加えられる速度に応じて変
動可能とすることができる。
上述したように、周囲空気の相対湿度が電池の性能と
使用寿命に影響を与えることがある。加湿器52は、再循
環する反応物空気の湿度を良好に制御することができ
る。ソレノイド・バルブ56を用いて、空気の湿度に応じ
て、いずれかのチャネルを通じて、空気の流れの比率を
選択的に制御して、金属空気電池20のドライ・アウト、
あるいは、フラッディングを防止することができる。金
属空気電池20が使用している空気の相対湿度をモニタす
ることによって、湿度モニタ53は、可変であれば、制御
ライン57によって加湿器52の出力を最適に制御すること
ができる。同様に湿度モニタ53は、加湿器52、あるい
は、制御ライン59によってバイパス・チャネル54によっ
て導かれた空気の比率を最適に制御することができる。
使用寿命に影響を与えることがある。加湿器52は、再循
環する反応物空気の湿度を良好に制御することができ
る。ソレノイド・バルブ56を用いて、空気の湿度に応じ
て、いずれかのチャネルを通じて、空気の流れの比率を
選択的に制御して、金属空気電池20のドライ・アウト、
あるいは、フラッディングを防止することができる。金
属空気電池20が使用している空気の相対湿度をモニタす
ることによって、湿度モニタ53は、可変であれば、制御
ライン57によって加湿器52の出力を最適に制御すること
ができる。同様に湿度モニタ53は、加湿器52、あるい
は、制御ライン59によってバイパス・チャネル54によっ
て導かれた空気の比率を最適に制御することができる。
湿度モニタ53と関連したマイクロプロセッサ（図示せ
ず）を普通にプログラムして、再循環している空気の最
適な湿度を示す記憶値を実際に測定された湿度と比較す
ることができるので、マイクロプロセッサは、制御ライ
ン59を介してソレイノド・バルブ56を利用して、適切な
チャネルを通して空気の流れを適切に導くことができ
る。例えば、混合された循環空気の相対湿度が金属空気
電池20内の蒸気圧力以下である場合は、金属空気電池20
の適切な均衡状態に達するまで、空気の流れが加湿器52
を通して導かれる。均衡状態に達した後、再循環する空
気は、バイパス・チャネル54を通して導される。入れら
れた周囲空気の相対湿度が、金属空気電池20に関する最
適な湿度よりも僅かに高い場合、空気の流れは、バイパ
ス・チャネル54を通して導かれる。周囲空気の相対湿度
が金属空気電池20がフラッディングの原因となるに十分
に大きい場合は、均衡状態が達成されるまで周囲空気の
一部が酸素発生器42からの酸素と混合され、バイパス・
チャネル45を通して混合気を導くことができる。同時
に、加湿器52とバイパス・チャネル54の両方を通して空
気の流れの一部を導くことによって、均衡を達成するこ
とができる。再循環通路40、加湿器52、バイパス・チャ
ネル54及び湿度モニタ53は、共に、金属空気電池20が利
用する空気にとって最適な動作状態を得るために動作す
る。別に、図２の実施例には、前に説明した図１で参照
した本発明の機能上の観点が含まれる。
ず）を普通にプログラムして、再循環している空気の最
適な湿度を示す記憶値を実際に測定された湿度と比較す
ることができるので、マイクロプロセッサは、制御ライ
ン59を介してソレイノド・バルブ56を利用して、適切な
チャネルを通して空気の流れを適切に導くことができ
る。例えば、混合された循環空気の相対湿度が金属空気
電池20内の蒸気圧力以下である場合は、金属空気電池20
の適切な均衡状態に達するまで、空気の流れが加湿器52
を通して導かれる。均衡状態に達した後、再循環する空
気は、バイパス・チャネル54を通して導される。入れら
れた周囲空気の相対湿度が、金属空気電池20に関する最
適な湿度よりも僅かに高い場合、空気の流れは、バイパ
ス・チャネル54を通して導かれる。周囲空気の相対湿度
が金属空気電池20がフラッディングの原因となるに十分
に大きい場合は、均衡状態が達成されるまで周囲空気の
一部が酸素発生器42からの酸素と混合され、バイパス・
チャネル45を通して混合気を導くことができる。同時
に、加湿器52とバイパス・チャネル54の両方を通して空
気の流れの一部を導くことによって、均衡を達成するこ
とができる。再循環通路40、加湿器52、バイパス・チャ
ネル54及び湿度モニタ53は、共に、金属空気電池20が利
用する空気にとって最適な動作状態を得るために動作す
る。別に、図２の実施例には、前に説明した図１で参照
した本発明の機能上の観点が含まれる。
従って、反応物空気が再循環され、空気の湿気が制御
されるので、本発明で新しい周囲空気に晒れることによ
る金属空気電池のフラッディング、あるいは、ドライ・
アウトに関する問題が制御される、というかことが分か
る。
されるので、本発明で新しい周囲空気に晒れることによ
る金属空気電池のフラッディング、あるいは、ドライ・
アウトに関する問題が制御される、というかことが分か
る。
上記で論じたように、金属空気電池のカソードを通し
て空気を供給する以前の方法がカソードの全表面を有効
に利用することができないことがある。カソードプレナ
ムは、一般的に空気がカソードを通過するためのプレナ
ム・インレット及びアウトレットを備えている。カソー
ドを通る空気の流れを制御するためにインレット及びア
ウトレットだけを使用すると、カソードの全表面エリア
を利用することなく、空気が直接プレナム・インレット
からアウトレットに流れ、酸素が減少すると、酸素のな
い空気のポケットがカソードを通して生じるチャネリン
グの問題が生じることがある。図３を参照すると、プレ
ナム・エア・インレット62とプレナム・エア・アウトレ
ット64とを備えたカソードプレナム39が示されている。
図３の矢印で示したプレナム・エア・インレット62から
プレナム・エア・アウトレット64への非線形通路66は、
カソード28の全表面を横切るさらに効果的な空気の流れ
を生じる補助となり、更に効果的に金属空気電池20から
の電流出力を発生させるので、新しい周囲空気がそれ以
上必要でなくなる。カソードを通過する非線形通路を利
用することによって、空気のチャネリングに関連した問
題をなくす補助となる乱流が生じる。バッフル68は、プ
レナム・エア・インレット62からプレナム・エア・アウ
トレット64までの非線形通路66を規定することができ
る。プレナム・エア・インレット62からプレナム・エア
・アウトレット64までの非線形通路66を一体化すること
によって、チャネリングの問題を克服する。非線形通路
66が曲がりくねった経路を形成することが望ましい。カ
ソード28の表面に平行なインレット62の断面の幅が、イ
ンレットで空気の流れの通路66に対して横向きであるカ
ソード表面の幅よりも小さいことが望ましい。
て空気を供給する以前の方法がカソードの全表面を有効
に利用することができないことがある。カソードプレナ
ムは、一般的に空気がカソードを通過するためのプレナ
ム・インレット及びアウトレットを備えている。カソー
ドを通る空気の流れを制御するためにインレット及びア
ウトレットだけを使用すると、カソードの全表面エリア
を利用することなく、空気が直接プレナム・インレット
からアウトレットに流れ、酸素が減少すると、酸素のな
い空気のポケットがカソードを通して生じるチャネリン
グの問題が生じることがある。図３を参照すると、プレ
ナム・エア・インレット62とプレナム・エア・アウトレ
ット64とを備えたカソードプレナム39が示されている。
図３の矢印で示したプレナム・エア・インレット62から
プレナム・エア・アウトレット64への非線形通路66は、
カソード28の全表面を横切るさらに効果的な空気の流れ
を生じる補助となり、更に効果的に金属空気電池20から
の電流出力を発生させるので、新しい周囲空気がそれ以
上必要でなくなる。カソードを通過する非線形通路を利
用することによって、空気のチャネリングに関連した問
題をなくす補助となる乱流が生じる。バッフル68は、プ
レナム・エア・インレット62からプレナム・エア・アウ
トレット64までの非線形通路66を規定することができ
る。プレナム・エア・インレット62からプレナム・エア
・アウトレット64までの非線形通路66を一体化すること
によって、チャネリングの問題を克服する。非線形通路
66が曲がりくねった経路を形成することが望ましい。カ
ソード28の表面に平行なインレット62の断面の幅が、イ
ンレットで空気の流れの通路66に対して横向きであるカ
ソード表面の幅よりも小さいことが望ましい。
図２及び図３の空気管理システムに示したように、カ
ソードプレナム39を金属空気電池20に一体化することが
できる。図２及び図３に示したカソードプレナム39と再
循環通路40を利用することによって、本発明では、フラ
ッディング、あるいは、ドライ・アウトの危険を増すこ
となく、所定の供給空気の出力効率を最適化することが
できる。
ソードプレナム39を金属空気電池20に一体化することが
できる。図２及び図３に示したカソードプレナム39と再
循環通路40を利用することによって、本発明では、フラ
ッディング、あるいは、ドライ・アウトの危険を増すこ
となく、所定の供給空気の出力効率を最適化することが
できる。
前述の事項から、本発明によって、ドライ・アウト、
あるいは、フラッディングの影響を削減しなから、与え
られた量の反応物空気と周囲空気を使用して、所望の電
流出力を最適に生成する空気管理システムが得られると
いうことが分かる。
あるいは、フラッディングの影響を削減しなから、与え
られた量の反応物空気と周囲空気を使用して、所望の電
流出力を最適に生成する空気管理システムが得られると
いうことが分かる。
前述の事項は、本発明の望ましい実施例にのみ関連す
るものであり、次のようなクレームによって定義された
本発明の範囲から外れることなく、多くの変更を加える
ことができる。
るものであり、次のようなクレームによって定義された
本発明の範囲から外れることなく、多くの変更を加える
ことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チェリー、アーネスト スィー. アメリカ合衆国 30340 ジョージア州 ドーラヴィル ブルック ヴィュー 1718 (56)参考文献 特開 昭50−153232（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 12/06 - 12/08
Claims (5)
- 【請求項１】負荷に電力を供給するために空気カソード
及びアノードを有する金属空気電池セルと、反応物空気
を供給するために空気カソードの隣接部に空気流を向
け、且つ、空気カソードの隣接部から反応物空気を排出
するために前記カソードの隣接部に向けた反応物空気通
路と、反応物空気流に周囲空気を取り入れるための調節
可能なエアインレットと、前記負荷動作時に、前記金属
空気電池セルから引き出される出力電流を測定するため
に接続される出力モニター回路と、前記エアインレット
の操作手段とを含み、 複数の動作状態を有し、且つ、特定された動作状態の任
意の１つを表示するためのレジスタを有する前記負荷
と、 前記負荷に接続され、前記負荷の前記レジスタに表示さ
れた、前記負荷の動作状態を検出するための出力センサ
回路と、 前記負荷の各々の動作状態に対する、エアインレットの
最適な設定値を、メモリ装置に蓄積する前記出力センサ
回路と、 検出された前記負荷の動作状態に相応し、前記メモリに
蓄積されたエアインレットの値に、前記エアインレット
を調節するための前記出力センサ回路とを具備すること
を特徴とする金属空気電源装置。 - 【請求項２】前記負荷によって引き出される電流値を決
定する手段と、前記負荷の動作状態と引き出される前記
電流値との比較に基づき、前記エアインレットの調節を
行う手段とを更に具備することを特徴とする請求項１に
記載の装置。 - 【請求項３】前記出力センサー回路は、更に、タイマー
と、前記負荷のその時点における動作状態に対するエア
インレットの位置が最適な位置に設定されていない場
合、及び、引き出される前記電流の値が前記負荷のその
時点における動作状態で要求される電流の最小値以下の
場合に、タイマーをスタートさせる手段とを含み、前記
タイマーが所定の時間が経過したことを表示した後に、
前記出力センサ回路が前記エアインレットの位置を予め
選択された最適な位置に調節するようにしたとを特徴と
する請求項２に記載の装置。 - 【請求項４】前記負荷によって引き出される電流の値を
決定する手段と、前記電流が付置要求を満たさない場合
に、前記金属空気電池セルに空気を供給するために、所
定の時間期間に、前記エアインレットを開く手段とを更
に具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項５】前記出力センサ回路は、引き出される電流
が、その時点における前記負荷の動作状態に要求される
電流の最小値以下であるかを決定する手段と、引き出さ
れる前記電流が、その時点における前記負荷の動作状態
に要求される最小電流以下の時に、前記エアインレット
を調節する手段とをさらに含むことを特徴とする請求項
４に記載の装置。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US5644093A | 1993-04-30 | 1993-04-30 | |
| US08/056,440 | 1993-04-30 | ||
| US056,440 | 1993-04-30 | ||
| PCT/US1994/004804 WO1994025991A2 (en) | 1993-04-30 | 1994-04-28 | Cathode air recirculation and moisture control |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08511896A JPH08511896A (ja) | 1996-12-10 |
| JP2970938B2 true JP2970938B2 (ja) | 1999-11-02 |
Family
ID=22004422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6524605A Expired - Fee Related JP2970938B2 (ja) | 1993-04-30 | 1994-04-28 | 金属空気電源装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0696384B1 (ja) |
| JP (1) | JP2970938B2 (ja) |
| AT (1) | ATE146306T1 (ja) |
| AU (1) | AU6823294A (ja) |
| CA (1) | CA2161668C (ja) |
| DE (1) | DE69401130T2 (ja) |
| WO (1) | WO1994025991A2 (ja) |
Families Citing this family (33)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5721064A (en) * | 1993-04-30 | 1998-02-24 | Aer Energy Resources Inc. | Air manager system for reducing gas concentrations in a metal-air battery |
| US6054228A (en) | 1996-06-06 | 2000-04-25 | Lynntech, Inc. | Fuel cell system for low pressure operation |
| US6106962A (en) * | 1997-09-24 | 2000-08-22 | Aer Energy Resources Inc. | Air manager control using cell voltage as auto-reference |
| CO5060451A1 (es) * | 1998-05-18 | 2001-07-30 | Procter & Gamble | Bateria de cinc/oxigeno que contiene un concentrados de oxigeno |
| US6660418B1 (en) | 1998-06-15 | 2003-12-09 | Aer Energy Resources, Inc. | Electrical device with removable enclosure for electrochemical cell |
| US6475658B1 (en) * | 1998-12-18 | 2002-11-05 | Aer Energy Resources, Inc. | Air manager systems for batteries utilizing a diaphragm or bellows |
| US6641947B1 (en) | 1999-09-21 | 2003-11-04 | The Gillette Company | Air manager system for metal air battery |
| US6824915B1 (en) | 2000-06-12 | 2004-11-30 | The Gillette Company | Air managing systems and methods for gas depolarized power supplies utilizing a diaphragm |
| DE10310564A1 (de) * | 2002-05-29 | 2003-12-11 | P21 Power For The 21St Century | Plattenelement für eine Brennstoffzelle, Brennstoffzellenanordnung sowie Verfahren zum Herstellen eines Plattenelements |
| US20040048146A1 (en) * | 2002-09-06 | 2004-03-11 | David Adamson | Electrochemical cells and systems |
| JP2005150008A (ja) * | 2003-11-19 | 2005-06-09 | Nitto Denko Corp | 燃料電池 |
| US8088506B2 (en) | 2003-11-26 | 2012-01-03 | Eveready Battery Company, Inc. | Fluid consuming battery with fluid regulating system |
| GB2442252B (en) * | 2006-09-27 | 2010-10-27 | Intelligent Energy Ltd | Low temperature operation of open cathode fuel cell stacks using air recirculation |
| CN101589557B (zh) | 2007-01-25 | 2014-05-07 | 永备电池有限公司 | 应用扩展器设备 |
| US7632585B2 (en) | 2007-04-11 | 2009-12-15 | Eveready Battery Co., Inc. | Battery having fluid regulator with pressure equalization |
| US7618739B2 (en) | 2007-04-11 | 2009-11-17 | Eveready Battery Co., Inc. | Battery and fluid regulating system having chassis with molded electronics |
| US7816027B2 (en) * | 2008-05-20 | 2010-10-19 | Eveready Battery Company, Inc. | System and method of controlling fluid to a fluid consuming battery |
| US8652665B2 (en) | 2008-05-20 | 2014-02-18 | Eveready Battery Co. Inc. | System and method of controlling fluid to a fluid consuming battery |
| US20100124687A1 (en) * | 2008-11-18 | 2010-05-20 | Eveready Battery Company, Inc. | Fluid Manager Having Fluid Injection Primer for a Fluid Consuming Battery |
| WO2010100749A1 (ja) * | 2009-03-06 | 2010-09-10 | トヨタ自動車株式会社 | 空気電池 |
| KR101119514B1 (ko) * | 2009-10-07 | 2012-02-28 | 주식회사 이엠따블유에너지 | 공기 금속 전지 충전 장치, 공기 금속 전지 어셈블리 및 이를 포함하는 공기 금속 전지 충전 시스템 |
| KR101231676B1 (ko) | 2011-01-28 | 2013-02-08 | 주식회사 이엠따블유에너지 | 공기 금속 이차 전지 유닛 및 이를 포함하는 공기 금속 이차 전지 모듈 |
| US8865333B2 (en) * | 2012-07-17 | 2014-10-21 | GM Global Technology Operations LLC | Systems and methods for mitigating battery damage caused by coolant leaks |
| JP6081863B2 (ja) * | 2013-05-15 | 2017-02-15 | 日本碍子株式会社 | 金属空気二次電池の使用方法 |
| DE102014223484A1 (de) | 2014-11-18 | 2016-05-19 | Robert Bosch Gmbh | Metall-Sauerstoff-Batteriesystem mit Saug- und Blasfunktion |
| CN104409757B (zh) * | 2014-11-20 | 2016-11-02 | 安徽农业大学 | 锌氧电池高压氧气循环冷却系统 |
| DE102014018231A1 (de) | 2014-12-04 | 2016-06-09 | Mann + Hummel Gmbh | Akkumulator-Anordnung für ein Fahrzeug |
| ES2727794T3 (es) * | 2015-03-30 | 2019-10-18 | Nantenergy Inc | Sistema de gestión de agua en celdas electroquímicas con retorno de vapor que comprende electrodos de aire |
| US10573947B2 (en) | 2015-10-26 | 2020-02-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Electrochemical battery maintaining oxygen concentration by air recirculation |
| KR101800208B1 (ko) | 2016-02-12 | 2017-11-22 | 주식회사 이엠따블유에너지 | 공기-아연 이차전지 |
| WO2019089753A2 (en) | 2017-10-31 | 2019-05-09 | Compass Therapeutics Llc | Cd137 antibodies and pd-1 antagonists and uses thereof |
| KR102651548B1 (ko) * | 2018-11-07 | 2024-03-28 | 삼성전자주식회사 | 금속-공기 전지 및 금속-공기 전지의 작동방법 |
| EP4017299B1 (en) | 2019-08-22 | 2025-05-21 | Juul Labs, Inc. | Battery for vaporizer device |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3473963A (en) * | 1967-02-23 | 1969-10-21 | United Aircraft Corp | Fuel cell system with automatic control means |
| US3576677A (en) * | 1967-05-23 | 1971-04-27 | United Aircraft Corp | Fuel cell process air control |
| US4310604A (en) * | 1980-07-14 | 1982-01-12 | Energy Research Corporation | Fuel cell system and temperature control therefore |
| US4729930A (en) * | 1987-05-29 | 1988-03-08 | International Fuel Cells Corporation | Augmented air supply for fuel cell power plant during transient load increases |
| US4859545A (en) * | 1988-05-05 | 1989-08-22 | International Fuel Cells Corporation | Cathode flow control for fuel cell power plant |
| US5366821A (en) * | 1992-03-13 | 1994-11-22 | Ballard Power Systems Inc. | Constant voltage fuel cell with improved reactant supply and control system |
| US5354625A (en) * | 1992-03-16 | 1994-10-11 | Aer Energy Resources, Inc. | Metal-air power supply and air-manager system, and metal-air cell for use therein |
| US5387477A (en) * | 1992-07-17 | 1995-02-07 | Dreisbach Electromotive Inc. | Air manager system for metal-air battery |
-
1994
- 1994-04-28 AU AU68232/94A patent/AU6823294A/en not_active Abandoned
- 1994-04-28 JP JP6524605A patent/JP2970938B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1994-04-28 DE DE69401130T patent/DE69401130T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-04-28 WO PCT/US1994/004804 patent/WO1994025991A2/en not_active Ceased
- 1994-04-28 EP EP94916630A patent/EP0696384B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-04-28 AT AT94916630T patent/ATE146306T1/de not_active IP Right Cessation
- 1994-04-28 CA CA002161668A patent/CA2161668C/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ATE146306T1 (de) | 1996-12-15 |
| JPH08511896A (ja) | 1996-12-10 |
| EP0696384B1 (en) | 1996-12-11 |
| CA2161668C (en) | 2001-09-04 |
| EP0696384A1 (en) | 1996-02-14 |
| WO1994025991A2 (en) | 1994-11-10 |
| DE69401130D1 (de) | 1997-01-23 |
| WO1994025991A3 (en) | 1995-01-05 |
| DE69401130T2 (de) | 1997-05-28 |
| CA2161668A1 (en) | 1994-11-10 |
| AU6823294A (en) | 1994-11-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2970938B2 (ja) | 金属空気電源装置 | |
| US5560999A (en) | Air manager system for recirculating reactant air in a metal-air battery | |
| WO1994025991A9 (en) | Cathode air recirculation and moisture control | |
| JP3681467B2 (ja) | 燃料電池発電装置およびその運転方法 | |
| US5919582A (en) | Diffusion controlled air vent and recirculation air manager for a metal-air battery | |
| JP4886170B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP4538190B2 (ja) | 燃料電池内の高い燃料利用率 | |
| JP3655548B2 (ja) | 自動参照用としてセル電圧を使用する空気管理制御 | |
| JPH08510085A (ja) | 金属空気バッテリー用拡散制御式空気管理装置 | |
| US7323263B2 (en) | Fuel cell system and method of operation to reduce parasitic load of fuel cell peripherals | |
| US20040197614A1 (en) | Fuel cell power system and method of operating the same | |
| US20040161657A1 (en) | Method of operating a fuel cell power system to deliver constant power | |
| JP2013008664A (ja) | 燃料電池システム | |
| JPH11185783A (ja) | 燃料電池装置 | |
| JP2004207029A (ja) | 燃料電池システム | |
| US20040115491A1 (en) | System and method for process gas stream delivery and regulation using open loop and closed loop control | |
| JP3146541B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP4675605B2 (ja) | 燃料電池の酸化剤供給装置 | |
| US20040131900A1 (en) | Fuel cell system and method of operating the same | |
| JPH0714595A (ja) | 燃料電池式発電装置の運転方法 | |
| JP2000353537A (ja) | 燃料電池ユニット | |
| JP4886161B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| US20040131899A1 (en) | System and method for process gas stream delivery and regulation using down spool control | |
| JPH0622154B2 (ja) | 空冷式燃料電池の窒素パージ方法 | |
| JP2002141085A (ja) | 固体高分子形燃料電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |