JP3154488U

JP3154488U - 水電池

Info

Publication number: JP3154488U
Application number: JP2009004737U
Authority: JP
Inventors: 忠石川; 良明長谷部
Original assignee: Aqua Power System Japan
Current assignee: Aqua Power System Japan
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2009-10-22
Anticipated expiration: 2019-07-08
Also published as: CN201804953U

Abstract

【課題】電気化学的面積を広げることによって、より電気を発生させ易くすることのできる水電池を提供する。
【解決手段】水を注入して発電する水電池において、正極電極が円筒状の正極外筒体１５と棒状の正極集電体３４とから形成されており、粉末充填材が正極外筒体１５の内部に充填されており、負極電極が、正極外筒体１５内に配置された円筒状の負極内筒体１７から形成されており、正極集電体３４が、負極内筒体１７の内部に配置されている。
【選択図】図２

Description

本考案は、水を注入して発電する水電池に関する。

従来、水を注入することによって発電する水電池は公知である。例えば、特許文献１には、水電池の外形を形成する、金属製の負極外筒体と、活性炭等からなる粉末充填材と、粉末充填材に差し込まれたロッド状の正極集電体と、水を粉末充填材に供給するための吸水部材とを含む水電池が開示されている。

実用新案登録第３１１２８６９号公報

特許文献１に開示された水電池では、負極外筒体の底面に形成された注水口から負極外筒体の内部に注入された水が吸収部材を介して粉末充填材に浸透し、両電極間に起電力を生じさせることができる。また、使用によって水電池が放電した後に、注水口から水を注入することによって、再び電気を発生させることができる。

本考案の課題は、電気化学的面積を広げることによって、より電気を発生させ易くすることのできる水電池を提供することにある。

前記課題を解決するために、本考案が対象とするのは、注水口を有する第１端部と、前記第１端部の反対側に位置する第２端部と、正極電極と、金属製の負極電極と、正極活物質からなる粉末充填材とを含む水電池である。

本考案の特徴とするところは、前記正極電極が円筒状の正極外筒体と棒状の正極集電体とから形成されており、前記粉末充填材が前記正極外筒体の内部に充填されており、前記負極電極が、前記正極外筒体内に配置された円筒状の負極内筒体から形成されており、前記正極集電体が、前記負極内筒体の内部に配置されていることにある。

本考案は、前記特徴とする構成のほかに、以下の好ましい実施の態様を含む。
（１）前記正極外筒体と前記負極内筒体とのそれらの径方向における離間寸法と、前記負極内筒体と前記正極集電体とのそれらの径方向における離間寸法とがほぼ等しい。
（２）前記正極外筒体全体が、合金製の被覆カバーで覆われている。
（３）前記注水口が前記被覆カバーに形成されており、前記被覆カバーと前記正極外筒体との間には、導電性部材から形成された、ほぼ十字形の正極蓋部材が配置されている。
（４）前記正極外筒体と前記負極内筒体とのうちの少なくとも前記負極内筒体の内部には、その内部を分離するためその径方向へ延びる分離壁部が設けられており、該内部の前記第２端部側には、前記粉末充填材が充填されていないスペース部が形成されている。

本考案に係る水電池によれば、円筒状の正極外筒体内に円筒状の負極内筒体が配置されており、さらに、負極内筒体の内部には、棒状の正極集電体が配置されているので、単に棒状の電極を水電池内部に挿入する場合に比べて、電気化学的面積が広がり、より電気を発生させ易くすることができる。

第１実施形態における水電池の正面図。水電池の分解斜視図。（ａ）水電池の平面図、（ｂ）水電池の底面図。図１のＩＶ−ＩＶ線縦断面図。第２実施形態における水電池の図４と同様の縦断面図。

＜第１実施形態＞
図１は、水電池１０の正面図、図２は、水電池１０の分解斜視図、図３（ａ）は、被覆カバーを取り除いた状態における水電池１０の平面図、図３（ｂ）は、被覆カバーを取り除いた状態における水電池１０の底面図、図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

水電池１０は、第１及び第２端部１１，１２と、第１端部１１と第２端部１２との間において、水電池１０の長さ方向に延びる筒状の外周面部１３とを有する。

また、水電池１０は、円筒状の外形を形成する、例えば、鉄とニッケルの合金系からなるステンレス製の被覆カバー１４と、被覆カバー１４の内周面に当接する円筒状の正極外筒体１５と、正極外筒体１５の内部に充填された正極活物質からなる粉末充填材１６と、粉末充填材１６の内部に挿入された、円筒状の負極内筒体１７とをさらに含む。

水電池１０内部の構成について、第１端部１１の側から順に、第１端部１１を形成する被覆カバー１４の封止端部１４ａには、外方へ凸となる正極端子１８と、正極端子１８を挟んで離間対向する、水を注入するための一対の円形の注水口１９ａ，１９ｂとが形成されている。

正極外筒体１５は、第１及び第２開口端部２１，２２を有しており、被覆カバー１４の封止端部１４ａと正極外筒体１５の第１開口端部２１との間には、正極外筒体１５の第１開口端部２１上に配置された、ほぼ十字形の正極蓋部材２３が配置されている。

正極蓋部材２３は、水電池１０の幅方向に延びる４つの延出部２４と、水電池１０の長さ方向へ延びる突起２５とを有する。延出部２４の内面には、正極外筒体１５の第１開口端部２１と係合する係合凹面２４ａが形成されており、突起２５は、被覆カバー１４の正極端子１８の内部に挿入され、導通している。図３（ａ）に示すとおり、被覆カバー１４の注水口１９ａ，１９ｂ（仮想線で示す）は、正極蓋部材２３の隣り合う延出部２４間に位置しているので、注水口１９ａ，１９ｂから水を水電池１０内部に延出部２４に妨げられることなく注入することができる。

正極蓋部材２３の直近の下方、すなわち、正極外筒体１５の第１開口端部２１側の内部には、ポリプロピレン等からなる疎水性繊維不織布から形成された不透液性の第１シート部材２７と、４つの略扇形の開口２８を有する、プラスチック製の支持部材２９と、開口３０ａを有し、疎水性繊維不織布又はプラスチックから形成された不透液性の第２シート部材３０とから形成された逆止弁３１が配置されている。逆止弁３１の中心には、各部材２７，２９，３０の中心に位置する開口２７ａ，２９ａ，３０ａからなる貫通孔が形成されている。なお、第１シート部材２７は、他の部材２９，３０よりもその外形が小さく、また、第２シート部材の開口３０ａは、他の開口２７ａ，２９ａよりも内径が大きくなっている。

逆止弁３１の直近の下方には、吸水性及び保水性を有する材料、例えば、セルロース製又はプラスチック製の連続気泡を有する発泡部材から形成された吸水材３３が配置されている。吸水材３３の中心には、開口３３ａが形成されている。

吸水材３３の直近の下方には、それよりも小さな断面外径を有する、円筒状の負極内筒体１７が配置されており、負極内筒体１７の内部に充填された粉末充填材１６のほぼ中心には、棒状の正極集電体３４が、第１端部１１と第２端部１２との間において水電池１０の長さ方向へ延びている。正極集電体３４は、他の部位に比べて径小の第１端部３５と、その反対側に位置する第２端部３６とを有する。正極集電体３４の第１端部３５は、下方から吸水材３３の開口３３ａと逆止弁３１の貫通孔を形成する開口２７ａ，２９ａ，３０ａを貫通して、正極蓋部材２３の突起２５の内面に形成された凹部に挿入、固定されている。正極集電体３４の第２端部３６は、プラスチックなどの絶縁材料から形成された支持部材３７の開口３７ａに嵌挿されている。

かかる構成を有する水電池１０において、スポイト等を用いて水を注水口１９ａ，１９ｂから注入したときに、注入された水は第１シート部材２７と正極外筒体１５との間の隙間を通って、支持部材２９に流れ、支持部材２９の開口２８を通過して、第２シート部材３０に到達する。第２シート部材３０に到達した水は、中心に形成された開口３０ａとそれを貫通する正極集電体３４の第１端部３５との間に形成された隙間を通って、吸水材３３に流れ込み、一時的に吸収、保持される。吸水材３３に吸収、保持された水が外圧等によって、上方へ押し出されたとしても、第２シート部材３０の開口３０ａは、支持部材２９によって封止されているので、水が第１シート部材２７にまで達して、外部へ漏れ出るおそれはない。

支持部材３７は、アルミニウム製の負極蓋部材３８の中央部に形成された開口３８ａに挿入、固定されている。負極内筒体１７の水電池１０の第２端部１２側の開口端部は、負極蓋部材３８の開口３８ａを形成する突出部３９に係合するように、負極蓋部材３８上に配置されている。負極蓋部材３８の外面には、負極端子４０が形成されている。

負極蓋部材３８の周縁部の外方には、ＡＢＳ樹脂などの絶縁部材からなる円形の封止栓４２が配置されている。封止栓４２は、その中心に形成された開口４２ａを有しており、開口４２ａには、負極内筒体１７が挿通されている。また、開口４２ａを形成する突出部４３には、正極外筒体１５の第２開口端部２２が嵌合されている。このように、正極外筒体１５と負極内筒体１７との間に封止栓４２が配置されていることによって、それらの導通を遮断することができる。図３（ｂ）に示すとおり、正極外筒体１５を覆う被覆カバー１４の開口端部１４ｂは、その抜け止めのために、内方へ折り返されており、封止栓４２上に位置している。

正極外筒体１５、正極蓋部材２３、正極集電体３４は、比較的に導電性が高い、黒鉛やエボナイトなどから作られている。

負極内筒体１７は、金属マグネシウム、アルミニウム、亜鉛などのイオン化傾向の比較的に大きな電極活物質、またはそれらを２種類以上含む合金から形成されている。

粉末充填材１６は、比較的に酸化力の強い正極活物質、例えば、果物殻類活性炭などの活性炭、二酸化マンガン、電解二酸化マンガン（ＥＭＤ）、酸化鉄、結晶性の酸化銀などの混合物から形成されている。なお、この混合物の種類や混合比率は、所要の酸化力に応じて自由に設計をすることができる。

支持部材３７と封止栓４２とは、プラスチックス、ガラス、セラミックなどの絶縁材料から形成されており、それぞれ、正極集電体３４と負極蓋部材３８、正極外筒体１５と負極内筒体１７との導通を遮断している。

図４に示すとおり、水電池１０内部では、正極外筒体１５と負極内筒体１７とのそれらの径方向における離間距離Ｌ１と、負極内筒体１７と正極集電体３４とのそれらの径方向における離間距離Ｌ２とがほぼ等しくなるように、設計、配置されている。

注水口１９ａ，１９ｂから注入され、吸水材３３に吸収された水は、粉末充填材１６に浸透、拡散される。拡散された水は酸化反応触媒としての役割を果たし、正極外筒体１５と負極内筒体１７との間と、正極集電体３４と負極内筒体１７との間に電位差が生じて、起電力が発生する。このように、水電池１０内において、その中心に向かって正極電極と負極電極とを交互に配置していることから、単に棒状の電極を水電池１０内部に挿入する場合に比べて、電気化学的面積が広がり、より電気を発生させ易くすることができる。

すなわち、本考案では、前記のとおり、正極外筒体１５と負極内筒体１７とのそれらの径方向における離間距離Ｌ１と、負極内筒体１７と正極集電体３４とのそれらの径方向における離間距離Ｌ２とがほぼ等しく、負極内筒体１７の内外面に粉末充填材１６が配置されていることから、負極内筒体１７の内外面周面が均等に電気化学反応を生じ、水電池１０の幅方向において均等の起電力を発生させることができる。そのため、全ての粉末充填材１６を無駄なく発電作用に利用することができるとともに、正極電極および負極電極において発電作用に供しない部位はなく、単に棒状の正極電極又は負極電極を粉末充填材１６に挿入する場合に比してより多くの電気を発生させることができる。

また、通常、発電してから一定時間経過したときに、電気反応によって水電池１０内部に気体が発生して内圧が高くなり、外壁のひび割れや破損を生じるおそれがあるが、このように、正極外筒体１５（正極電極）と負極内筒体１７（負極電極）との離間寸法Ｌ１と、負極内筒体１７と正極集電体３４との離間寸法Ｌ２とが等しい場合には、隣り合う離間寸法Ｌ１とＬ２、Ｌ２とＬ２間に発生する気体の量が等しく、かつ、それによる水電池の幅方向の内方と外方に向う圧力（図において、矢印で示す）が、交差方向に向かう圧力によって互いに消し合うので、水電池１０内部の空気が高圧となって、正極外筒体１５にひび割れや破損が生じるおそれはない。さらに、長時間の連続使用等によって、水電池１０内部が高圧となって、正極外筒体１５にひび割れや破損が生じたとしても、正極外筒体１５は、ステンレス等から形成された被覆カバー１４によって覆われているので、粉末充填材１６が外部にこぼれ出て、漏電を引き起こすおそれはない。

＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態における水電池１０の図４と同様の縦断面図である。

本実施形態では、支持部材３７が配置されておらず、水電池１０内部の第２端部１２側において、粉末充填材１６が充填された充填部４５と、粉末充填材１６が充填されていないスペース部４６，４７とを分離するためのパラフィンからなる分離壁部４８，４９が配置されている。

分離壁部４８，４９は、負極内筒体１７の内面において、正極集電体３４の第２端部３６の下方に位置する円形の内側分離壁部４８と、正極外筒体１５と負極内筒体１７との間に配置された、中央部に負極内筒体１７を貫通する開孔を有する外側分離壁部４９とから形成されている。内側分離壁部４８は、その外周縁部が負極内筒体１７の内周面に当接した状態で保持されており、外側分離壁部４９は、正極外筒体１５の内周面に沿って封止栓４２から上方に延びるリブ５０上に載置されている。封止栓４２は第１実施形態に比べて嵩高であって、負極蓋部材３８の突出部３９は封止栓４２とほぼ同じ厚さを有している。なお、分離壁部４８，４９は、内側分離壁部４８のみから形成されていてもよい。

本実施形態では、発電時の電気反応によって充填部４５において気体が発生し、充填部４５の内圧が上昇したときに、内圧に押されて、内外側分離壁部４８，４９が崩れる。それにより、スペース部４６，４７に粉末充填材１６が流れ込み、それと同時に、充填部４５の比較的に高圧の空気が比較的に低圧の空気が充填されたスペース部４６，４７に流れ込むので、水電池１０内部全体の空気は中圧となり、内部の圧力によって正極外筒体１５の一部にひび割れが生じて破れ、粉末充填材１６が外部に漏れ出るおそれはない。

１０水電池
１１第１端部
１２第２端部
１４被覆カバー
１５正極外筒体
１６粉末充填材
１７負極内筒体
１９ａ，１９ｂ注水口
２３正極蓋部材
３４正極集電体
Ｌ１，Ｌ２離間寸法
４６，４７スペース部
４８，４９分離壁部

Claims

注水口を有する第１端部と、前記第１端部の反対側に位置する第２端部と、正極電極と、金属製の負極電極と、正極活物質からなる粉末充填材とを含む水電池において、
前記正極電極が円筒状の正極外筒体と棒状の正極集電体とから形成されており、前記粉末充填材が前記正極外筒体の内部に充填されており、
前記負極電極が、前記正極外筒体内に配置された円筒状の負極内筒体から形成されており、
前記正極集電体が、前記負極内筒体の内部に配置されていることを特徴とする前記水電池。
前記正極外筒体と前記負極内筒体とのそれらの径方向における離間寸法と、前記負極内筒体と前記正極集電体とのそれらの径方向における離間寸法とがほぼ等しい請求項１記載の水電池。
前記正極外筒体全体が、合金製の被覆カバーで覆われている請求項１または２に記載の水電池。
前記注水口が前記被覆カバーに形成されており、前記被覆カバーと前記正極外筒体との間には、導電性部材から形成された、ほぼ十字形の正極蓋部材が配置されている請求項１〜３のいずれかに記載の水電池。
前記正極外筒体と前記負極内筒体とのうちの少なくとも前記負極内筒体の内部には、その内部を分離するためその径方向へ延びる分離壁部が設けられており、該内部の前記第２端部側には、前記粉末充填材が充填されていないスペース部が形成されている請求項１〜４記載のいずれかに記載の水電池。