JP3215177U

JP3215177U - 電池装置

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Publication number: JP3215177U
Application number: JP2017005747U
Authority: JP
Inventors: 雄造川村
Original assignee: 雄造川村
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2018-03-01
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: US20200058950A1; WO2019123667A1

Abstract

【課題】比較的簡単な構成でもって電池出力が得られる電池装置を提供する。【解決手段】電解液と重水とを含む電池溶液１２を収容した電池容器本体４と、電池溶液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、電池溶液中の電荷イオンを加速するための加速用正電極１８及び加速用負電極２０と、電荷を集電するための集電用正電極２２及び集電用負電極２４と、電解電圧を付与するための電解用電源装置３８と、加速電圧を付与するための加速用電源装置４０と、を備えた。電解用電源装置３８により電解電圧を付与した後に加速用電源装置４０により加速電圧を印加すると、加速用正電極１８から加速用負電極２０に正電荷イオンが流れ、加速用負電極２０に集まった正電荷イオンを消すように集電用正電極２２から集電接続ラインを通して集電用負電極２４に集電電荷が流れ、この集電電荷の一部を取り出すことにより電池出力が得られる。【選択図】図１

Description

本考案は、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。

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燃料電池本体と、この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、この燃料電池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、改質器にて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。

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。

特開平９−２６６００５号公報

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。

本考案の目的は、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。

本考案の請求項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処理して前記電解液をイオン化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して移動させ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装置と、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、前記集電用正電極及び前記集電用負電極は、前記電池容器本体の外側に配設された集電接続ラインを介して電気的に接続され、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て前記加速用負電極に集まると、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接続ラインを通して前記集電用負電極に集電電荷が流れ、前記集電接続ラインを流れる前記集電電荷の一部を電池出力として取り出すことを特徴とする。

また、本考案の請求項２に記載の電池装置では、前記均一化装置は、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。

また、本考案の請求項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処理されてイオン化され、前記溜め容器にて電解処理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。

また、本考案の請求項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装置が設けられ、前記濃度調整装置は、前記電解液を供給するための電解液供給装置と、前記重水を供給するための重水供給装置と、前記電池容器本体内の前記電池溶液を排水するための排水装置とを含んでいることを特徴とする。

また、本考案の請求項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器を含み、前記加速電圧調整器は、前記集電接続ライン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。

また、本考案の請求項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が電気的に接続されていることを特徴とする。

更に、本考案の請求項７に記載の電池装置では、前記電池溶液における前記重水の混合割合は、２５〜３５重量％であることを特徴とする。

本考案の請求項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、この電解処理により電池溶液中の電解液がイオン化される。そして、このような状態にて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と、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、加速用正電極と加速用負電極とが集電接続ラインを介して電気的に接続されているので、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接続ラインを通して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、均一化装置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。

また、本考案の請求項２に記載の電池装置によれば、均一化装置は、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。

また、本考案の請求項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処理されてイオン化され、電解処理された電池溶液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。

また、本考案の請求項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装置が設けられ、この濃度調整装置は電解液供給装置、重水供給装置及び排水装置を含んでいるので、重水の濃度が高くなったときには、排水装置によって電池容器本体内の電池溶液を排出した後に、電解液供給装置から電解液を供給するとともに、重水供給装置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。

また、本考案の請求項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、集電接続ラインを流れる集電電荷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。

また、本考案の請求項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が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、集電接続ラインを通して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。

更に、本考案の請求項７に記載の電池装置によれば、電池溶液における重水の混合割合が２５〜３５重量％であるので、電池溶液の電解液を電解処理ことによりイオン化することができ、これにより、加速用正電極及び加速用負電極の間に加速電圧を付与させて加速用正電極からの正電荷イオンを電池溶液を通して加速用負電極に流すことができる。

本考案に従う電池装置の第１の実施形態を示す断面図。本考案に従う電池装置の第２の実施形態の要部を示す断面図。図２に示す電池装置の加速用正電極を示す斜視図。本考案に従う電池装置の第３の実施形態の要部を示す断面図。本考案に従う電池装置の第４の実施形態を示す断面図。本考案に従う電池装置の第５の実施形態の全体を簡略的に示すブロック図。本考案に従う電池装置の第６の実施形態を示す断面図。電池装置の検証実験の後に改良した電池装置を示す図。電池装置の検証実験において発生した火花の状態を示す図。図８の火花状態における電池容器本体内の状態を示す図。

以下、添付図面を参照して、本考案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、本考案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）に取り付けられ、この電池容器本体４内に電池溶液１２が収容される。

この電池装置２は、電池溶液１２を電解処理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する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。

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内に連通されている。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内に連通されている。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。

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（プラス）側の端子が電解用正電極１４に電気的に接続され、その負（マイナス）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。

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が均一化装置として機能する。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（電池溶液１２に含まれた電解液）の電解処理が行われ、電解処理されてイオン化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。

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、電池容器本体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１０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加速用電源装置４０が設けられ、加速用電源装置４０の正（プラス）側の端子が加速用正電極１８に電気的に接続され、その負（マイナス）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。

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器４２を含んでいる。この加速電圧調整器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。

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から電池溶液（具体的には、電池溶液におけるイオン化された電解液）を通して加速用負電極２０に向けて正電荷イオンが流れ、この正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。

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、電池容器本体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。

この集電用正電極２２及び集電用負電極２４は、電池容器本体４の外側にて集電接続ライン４４を介して電気的に接続され、かかる集電接続ライン４４に電力出力ライン４６を介して外部電力負荷４８が電気的に接続される。この集電接続ライン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から集電接続ライン４４を通して集電用負電極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。

この形態では、溜め容器２６は、連通管５２を介してガス分離器５４に接続され、このガス分離器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による電解処理により溜め容器２６内に発生したガスは、連通管５２を通してガス分離器５４に流れ、このガス分離器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。

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。

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。

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２５〜３５重量％程度、好ましくは３０〜３５重量％程度（例えば、３４重量％）混合させることができる。

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２８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容器本体４内の電池溶液１２も循環され、これにより、電池溶液１２の均一化が図られる。

次いで、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がイオン化されて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。

その後、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中において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。このとき、電池溶液１２中の重水素は、この正電荷イオンの流れによって電池容器本体４内を流れるようになる。

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極２２から集電接続ライン４４を通して集電用負電極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、この外部電力負荷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。

次に、図２及び図３を参照して、本考案に従う電池装置の第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態においては、
次に、図２及び図３を参照して、本考案に従う電池装置の第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態においては、正電極（加速用正電極及び集電用正電極）及び負電極（加速用負電極及び集電用負電極）に改良が施されている。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。

図２及び図３において、この電池装置２Ａでは、加速用正電極１８Ａ（及び加速用負電極２０Ａ）は円板状の電極本体７２を備え、この電極本体７２に複数の貫通孔７４が設けられ、電池容器本体４内の電池溶液１２は、加速用正電極１８Ａ（及び加速用負電極２０Ａ）の貫通孔７４を通して流れるように構成されている。尚、加速用正電極１８Ａは加速用電源装置４０の正（プラス）側に電気的に接続され、加速用負電極２０Ａは加速用電源装置４０の負（マイナス）側に電気的に接続される。

また、集電用正電極２２Ａ（及び集電用負電極２４Ａ）は、上述の加速用正電極１８Ａ及び加速用負電極２０Ａと同様に、円板状の電極本体（図示せず）を備え、この電極本体に複数の貫通孔（図示せず）が設けられ、電池溶液１２はが集電用正電極２２Ａ（及び集電用負電極２４Ａ）の貫通孔を通して流れるように構成されている。尚、この集電用正電極２２Ａ及び集電用負電極２４Ａは、電池容器本体４の外側にて集電接続ライン４４を介して電気的に接続され、かかる集電接続ライン４４に電力出力ライン４６を介して外部電力負荷４８が電気的に接続される。この集電接続ライン４４には可変抵抗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が配設される。この第２の実施形態の電池装置のその他の構成は、上述した第１の実施形態と実質上同一である。

この第２の実施形態の電池装置２Ａにおいても、その基本的構成が第１の実施形態と同様であるので、上述したと同様の作用効果を達成することができる。また、加速用正電極１８Ａ及び加速用負電極２０Ａの表面積が大きく、これにより、加速用正電極１８Ａから加速用負電極２０Ａに流れる正電荷イオンが多くなり、その結果、電力出力ライン４６から取り出せる電池出力を大きくすることができる。

次に、図４を参照して、本考案に従う電池装置の第３の実施形態について説明する。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いる。第３の実施形態の電池装置の要部を示す図４において、加速用正電極１８Ｂは円板状の電極本体部８２を備え、この電極本体部８２の片面（加速用負電極２０Ｂに対向する表面）に間隔をおいて複数の突出電極部８４が設けられている。これら突出電極部８４は、正電極部材として機能し、加速用負電極２０Ｂに向けて突出している。この加速用正電極１８Ｂでは、電極本体部８２が加速用電源装置４０の正（プラス）側に電気的に接続され、加速用電源装置４０からの加速電圧は電極本体部８２及び複数の突出電極部８４に印加される。尚、加速用負電極２０Ｂは加速用電源装置４０の負（マイナス）側に電気的に接続される。この第３の実施形態の電池装置のその他の構成は、上述した第２の実施形態と実質上同一である。

この第３の実施形態の電池装置２Ｂにおいても、その基本的構成が第１及び第２の実施形態と同様であるので、上述したと同様の作用効果を達成することができる。また、加速用正電極１８Ｂの表面積を更に大きくすることができ、これにより、加速用正電極１８Ｂから加速用負電極２０Ｂに流れる正電荷イオンがより多くなり、その結果、電池装置２Ｂの電池出力を更に大きくすることができる。

次いで、図５を参照して、本考案に従う電池装置の第４の実施形態について説明する。この第４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。第４の実施形態の電池装置の要部を示す図４において、この第４の実施形態の電池装置２Ｃでは、加速用正電極１８Ｃは、複数（この形態では、４つ）の正電極部材９２，９４，９６，９８から構成され、これら正電極部材９２〜９８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９２〜９８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。

第１正電極部材９２は、第１印加ライン９８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９４は、第２印加ライン１００を介して第１印加ライン９８に電気的に接続され、第３正電極部材９６は、第３印加ライン１０２を介して第２印加ライン１００に電気的に接続され、第４正電極部材９８は、第４印加ライン１０４を介して第３印加ライン１０２に電気的に接続されている。第１〜第４正電極部材９２〜９８がこのように加速用電源装置４０に接続されているので、加速用電源装置４０からの加速電圧は、第１〜第４印加ライン９８，１００，１０２，１０４を介して第１〜第４正電極部材９２〜９８に印加される。この第４の実施形態の電池装置２Ｃのその他の構成は、上述した第１の実施形態と実施上同一である。

この第４の実施形態の電池装置２Ｃにおいても、その基本的構成が第１〜第３の実施形態と同様であるので、上述したと同様の作用効果を達成することができる。また、このように構成しても加速用正電極１８Ｃの表面積を大きくすることができ、これにより、加速用正電極１８Ｃから加速用負電極２０に流れる正電荷イオンを多くすることができる。

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装置が設けられる。第５の実施形態の電池装置を示す図６において、この第５の実施形態の電池装置２Ｄにおいては、電池溶液が充填される電池容器本体４Ｄに関連して溶液濃度調整装置１１２が設けられる。この電池容器本体４Ｄの流入側には、重水を供給するための重水供給装置１１３と、電解液を供給するための電解液供給装置１１５とが設けられている。

図示の重水供給装置１１３は、重水を溜める重水槽１１４と、重水槽１１４及び電池容器本体４Ｄを接続する重水供給ライン１１８とから構成され、重水槽１１４からの重水が重水供給ライン１１８を通して電池容器本体４Ｄに供給される。また、電解液供給装置１１５は、電解液を溜める電解液槽１１６を備え、この電解液槽１１６に収容された電解液が電解液供給ライン１２０を介して電池容器本体４Ｄに供給される。尚、この電池容器本体４Ｄ及びこれに関連する構成は、例えば、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、図４に示す第３の実施形態又は図５に示す第４の実施形態）と同様の構成でよい。

この形態では、電解液槽１１６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１２１及び純水を収容した純水槽１２２が設けられ、電解物質容器１２１が電解物質供給ライン１２４を介して電解液槽１１６に接続され、純水槽１２２が純水供給ライン１２６を介して電解液槽１１６に接続されている。また、電解液槽１１６には、電解液を攪拌して均一化するための攪拌混合機構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１２１からの電解物質が電解物質供給ライン１２４を通して電解液槽１１６に供給されるとともに、純水槽１２２からの純水が純水供給ライン１２６を通して電解液槽１１６に供給され、供給された純水及び電解物質は、攪拌混合機構１１７により攪拌混合されて均一化される。

この電池容器本体４Ｄの排出側には、電池溶液を排出するための排出装置１２８が設けられ、図示の排出装置１２８は、排出された電池溶液を溜めるための排出槽１３０と、気体と液体とに分離するための気液分離装置１３２と、気液分離装置１３２にて回収された液体を回収するための液回収槽１３４と、気液分離装置１３２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１３６と、液回収槽１３４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１３８とを含んでいる。

電池容器本体４Ｄと排出槽１３０とは排出ライン１４０を介して接続され、電池容器本体４Ｄ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４Ｄ内の電池溶液が排出ライン１４０を通して排出槽１３０に排出される。排出槽１３０と気液分離装置１３２とは気液ライン１４２を介して接続され、排出槽１３０からのガスは気液ライン１４２を通して気液分離装置１３２に送給される。気液分離装置１３２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１４４を通して液回収槽１３４に回収され、この液回収槽１３４に回収された液体は液戻しライン１４６を通して排出槽１３０戻される。また、気液分離装置１３２にて分離されたガスは、ガス排気ライン１４８を通してガス処理装置１３６に送給され、このガス処理装置１３６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１５０を通してガス回収槽（図示せず）に回収される。また、排出槽１３０に溜まった電池溶液は、排水ライン１５２を通して液処理装置１３８に送給され、この液処理装置１３８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１５４を通して反応液回収槽（図示せず）に回収される。

電池容器本体４Ｄ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、上述した重水供給装置１１３、電解液供給装置１１５及び排出装置１２８が溶液濃度調整装置として機能する。電池容器本体４Ｄ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、電池容器本体４Ｄ内の電池溶液の一部が排出ライン１４０を通して排出槽１３０に排出され、排出槽１３０内に排出された電池溶液は上述したように処理される。

このようにして電池容器本体４Ｄ内の電池溶液が減少すると、重水槽１１４内の重水が重水供給ライン１１８を通して電池容器本体４Ｄに供給されるとともに、電解液槽１１６内の電解液が電解液供給ライン１２０を通して電池容器本体４Ｄに供給され、供給された重水及び電解液は、均一化装置１４６（例えば、電池溶液を攪拌するための攪拌羽根を備えた装置）の作用によって、電池容器本体４Ｄ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１１４からの重水の供給量と電解液槽１１６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４Ｄ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２Ｄ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２Ｄの稼働時間を長くすることができる。

本考案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７に示す通りであった。図７において、この電池装置は、電池溶液を収容する電池容器本体２０２を備え、この電池容器本体２０２内に相互に対向して加速用正電極２０４及び加速用負電極２０６を配設し、これら加速用正電極２０４及び加速用負電極２０６を加速用電源装置２０８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２１０及び加速電流計測器２１２を配設した。

また、加速用正電極２０４の外側に集電用正電極２１４を配設するとともに、加速用負電極２０６の外側に集電用負電極２１６を配設し、これら集電用正電極２１４及び集電用負電極２１６を電気抵抗２１９と電気的に並列に配設された外部電力負荷２４８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２２２及び外部電流計測器２２４を配設した。尚、外部電力負荷２４８として２００オーム（Ω）の電気抵抗を用いた。

更に、電池容器本体２０２の外側に溜め容器２２６を設け、電池容器本体２０２と溜め容器２２６とを溶液循環流路２２８を介して接続するとともに、この溶液循環流路２２８に循環ポンプ２３０を配設し、電池容器本体２０２内の電池溶液が溶液循環流路２２８及び溜め容器２２６を通して循環されるようにした。また、溜め容器２２６内に相互に対向して電解用正電極２３２及び電解用負電極２３４を配設し、これら電解用正電極２３２及び電解用負電極２３４を電解用電源装置２３６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２３８及び電解電流計測器２４０を配設した。電解用正電極２３２及び電解用負電極２３４としてプレート状電極を用い、加速用正電極２０４及び加速用負電極２０６並びに集電用正電極２１４及び集電用負電極２１６としてリング状電極を用いた。

実験に際し、電池容器本体２０２及び溜め容器２２６に電池溶液を充填し、電解用正電極２３２及び電解用負電極２３４、加速用正電極２０４及び加速用負電極２０６並びに集電用正電極２１４及び集電用負電極２１６を電池溶液に浸漬するようにした。

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。

このような電池溶液を電池容器本体２０２内に充填した状態において、まず、電解用電源装置２３６により電解電圧を電解用正電極２３２及び電解用負電極２３４の間に印加して電池溶液を電解処理した。このときの電解電圧及び電解電流を、電解電圧計測器２３８及び電解電流計測器２４０で計測したところ３V、３Ａであった。

このような電解状態（電解用電源装置２３６より電解電圧を印加した状態）において、加速用電源装置２０８により加速電圧を加速用正電極２０４及び加速用負電極２０６間に印加し、電池溶液中の正電荷イオンを加速用正電極２０４から電池溶液を通して加速用負電極２０６に流れるようにした。このとき、加速用電源装置２０８により印加される加速電圧を加速電圧計測器２１０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２１２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２２２及び外部電流計測器２２４で計測したところ６０Ｖ、０．１Ａであり、この外部電力負荷２４８（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。

次に、上述した状態において、加速用電源装置２０８により印加される加速電圧を加速電圧計測器２１０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２１２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２２２及び外部電流計測器２２４で計測したところ１５０Ｖ、０．５Ａであり、この外部電力負荷２４８（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２０８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。

また、実証実験として基本的構成が図１に示す形態の電池装置（図示せず）を用い、加速用正電極として図５に示す形態のもの（加速用正電極として４つの正電極部材から構成されるもの）を用いて行った。この実証実験においても電解液として、純水１リットルに対して水酸化ナトリウム０．０１モルの割合で溶解させたものを用い、この電解液に重水を３４重量％混合したものを電池溶液として用いた。

電解用電源装置により電解用正電極及び電解用負電極の間に電解電圧を印加し、このとき、電解電圧として３Ｖ印加し、電解電流は２．５Ａであった。その後、加速用正電極及び加速用負電極の間に加速電圧を印加し、このときの集電用正電極及び集電用負電極間の出力電圧を計測した。加速電圧を１２６Ｖまで上昇させたときの出力電圧（この場合、抵抗値２０００Ωの可変抵抗の両端の電圧値）は６９Ｖであった。

この実証実験結果を用いて、入力電力（加速電圧を印加したときの電力）と出力電力（集電用正電極及び集電用不電力間にて得られた電力）との関係を演算すると、次の結果が得られた。

電流（Ｉ）、電圧（Ｖ）及び抵抗（Ｒ）との間には、
電流（Ｉ）＝電圧（Ｖ）／抵抗（Ｒ）・・・（１）
の関係が成立する。上記（１）式を用い、出力電圧６９Ｖ、抵抗２０００Ωを入力して出力電流（Ｉ_ｏｕｔ）を演算すると、
出力電流（Ｉ_ｏｕｔ）＝６９／２０００＝０．０３４５（Ａ）
となる。また、電力（Ｗ）、電圧（Ｉ）及び電圧（Ｖ）との間には、
電力（Ｗ）＝電流（Ｉ）×電圧（Ｖ）・・・（２）
の関係が成立する。出力電力（Ｖ_ｏｕｔ）について上記（２）式を適用すると、
出力電力（Ｗ_ｏｕｔ）＝０．０３４５×６９＝２．３８０５（Ｗ）
となり、このときの出力電力（Ｗ_ｏｕｔ）は２．３８０５Ｗとなる。

この出力電力のときの入力電力（Ｗ_ｉｎ）（即ち、加速電力）を求めると、入力電流（Ｉ_ｉｎ）（即ち、加速電流）が０．００２Ａとして、
入力電力（Ｗ_ｉｎ）＝０．００２×１２６＝０．２５２（Ｗ）
となり、このときの入力電力（Ｗ_ｉｎ）が０．２５２Ｗとなる。

従って、入力電力（Ｗ_ｉｎ）に対する出力電力（Ｗ_ｏｕｔ）の比率（α）を演算すると、
比率（α）＝２．３８０５／０．２５２≒９．４４６
となり、入力電力（Ｗ_ｉｎ）に対して約９．４４６倍の出力電力（Ｗ_ｏｕｔ）を得ることができた。

本出願人は、上述した実証実験に用いた電池装置を改良して図８に示す電池装置を完成させた。この実験装置による実証実験は、未だ行っていないが、上述したと同様の実験結果が期待できるものである。この電池装置に関する過去の実験においては、危険な状況がたびたび発生してきており、この危険な状態を回避するように電池装置に改良を加えてきており、図８の電池装置はこれらの改良を加えたものであり、過去の危険な状態を回避できるものである。

尚、過去の実験中においては、図９で示すように、電池容器本体内の電池溶液（加速用負電極側の付近）がミルク状となって微小の火花が発生してグロウ放電状態となり、その後図１０で示すように、電池容器本体の上側にて小さな爆発のような火炎が生じて危険な状態となったことがあった。

過去に発生したこの爆発現象は、１００ｍｍ程度の空気中に火炎を飛ばす激しいものであり、この激しい火花は、電荷の流れによるエネルギーが空気中に流れて火花として現れたものと考えられ、この現象から次のことが判った。即ち、この電池装置で発生する大量のエネルギーは、水を重水に変換するために用いられ、この実験を通して得られる出力電力は、発生する大量のエネルギーのほんの一部に過ぎない。このことは、この実験後に電池溶液の比重を調べたところ、その比重が増えており、この比重が増えるということは水が重水に変換されたことを証明しているものと考えられる。

２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ電池装置
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｄ，２０２電池容器本体
１２電池溶液
１４，２３２電解用正電極
１６，２３４電解用負電極
１８，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，２０４加速用正電極
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０６加速用負電極
２２，２２Ａ，２２Ｂ集電用正電極
２４，２４Ａ，２４Ｂ集電用負電極
２６，２２６溜め容器
２８，２２８溶液循環流路
３８，２３８電解用電源装置
４０，２４８加速用電源装置
４２加速電圧調整手段
４８，２４８外部電力負荷
９２，９４，９６，９８正電極部材
１１２溶液濃度調整手段
１１３重水供給手段
１１５電解液供給手段
１２８排出手段

Claims

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処理して前記電解液をイオン化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して移動させ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装置と、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、前記集電用正電極及び前記集電用負電極は、前記電池容器本体の外側に配設された集電接続ラインを介して電気的に接続され、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て前記加速用負電極に集まると、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接続ラインを通して前記集電用負電極に集電電荷が流れ、前記集電接続ラインを流れる前記集電電荷の一部を電池出力として取り出すことを特徴とする電池装置。
前記均一化装置は、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請求項１に記載の電池装置。
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処理されてイオン化され、前記溜め容器にて電解処理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請求項２に記載の電池装置。
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装置が設けられ、前記濃度調整装置は、前記電解液を供給するための電解液供給装置と、前記重水を供給するための重水供給装置と、前記電池容器本体内の前記電池溶液を排水するための排水装置とを含んでいることを特徴とする請求項２に記載の電池装置。
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器を含み、前記加速電圧調整器は、前記集電接続ライン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請求項１〜４のいずれかに記載の電池装置。
前記加速用正電極は、前記電池容器本体内に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が電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電池装置。
前記電池溶液における前記重水の混合割合は、２５〜３５重量％であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電池装置。