JP5594801B1 - Magnesium battery system - Google Patents

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Abstract

【課題】マグネシウム発電池システムにおいて、発電中の任意の時点で発電を停止し、再開することが可能であり、また、電解液に溶け出した水酸化マグネシウムを分離し、同時に発電中に電解液の温度が上昇しすぎないように冷却して、長時間に渡って電解液を交換することなく、連続的に運転する事が可能であって、複数の発電セルを直列に接続するときの電解液による液絡を防止する構造を提供することである。
【解決策】電解液貯留タンクを備えて、電池セルとの間で電解液を移送することで発電運転を自在に停止できるようにし、複数の電池セルで生成物分離機構、電解液冷却機構を時分割で共用し、液絡を防止する機構を備えた。
【選択図】図10
In a magnesium battery system, power generation can be stopped and restarted at an arbitrary time during power generation. Magnesium hydroxide dissolved in the electrolyte is separated, and at the same time, the electrolyte is generated during power generation. Cooling so that the temperature of the battery does not rise too much, it is possible to operate continuously without replacing the electrolyte over a long period of time, and the electrolysis when connecting multiple power generation cells in series It is to provide a structure for preventing liquid junction caused by liquid.
SOLUTION: An electrolytic solution storage tank is provided so that a power generation operation can be freely stopped by transferring an electrolytic solution to and from a battery cell, and a product separation mechanism and an electrolytic solution cooling mechanism are provided in a plurality of battery cells. A time sharing mechanism was used to prevent liquid junctions.
[Selection] Figure 10

Description

本発明は、マグネシウムまたはマグネシウム合金を陰極活物質として使う電池(以下マグネシウム電池)を主体とし、特に、発電にともなう熱を冷却する機構、発電にともなう生成物や廃棄物を分離する機構、また発電および停止が任意に選択できる機構を持ち、また複数の電池セルを直列に接続して高電圧を得るマグネシウム発電池システムに関するものである。
The present invention is mainly composed of a battery using magnesium or a magnesium alloy as a cathode active material (hereinafter referred to as a magnesium battery). In particular, a mechanism for cooling heat generated by power generation, a mechanism for separating products and wastes generated by power generation, and power generation. In addition, the present invention relates to a magnesium battery system having a mechanism that can arbitrarily select stop and stop, and obtaining a high voltage by connecting a plurality of battery cells in series.

マグネシウム電池は、エネルギー密度が高く、安全性も高く、また軽量である。材料のマグネシウムは資源的に極めて豊富で安価である。 Magnesium batteries have high energy density, high safety, and light weight. The material magnesium is extremely abundant and inexpensive.

マグネシウム電池では、発電することで水酸化マグネシウムを生成するが、これは電解液から分離後に高温にすることで再びマグネシウムに転換することが可能であり、循環型の電池材料として期待されている。 Magnesium batteries generate magnesium hydroxide by generating electricity, which can be converted to magnesium again by raising the temperature after separation from the electrolyte and is expected as a circulating battery material.

マグネシウム電池の反応は下記の化学式によって表せる。
2Mg+O+2HO → 2Mg(OH)↓・・・・・化学反応式1
または、電極の周囲に酸素が無い場合の反応は下記の化学式によって表せる。
Mg+2HO → Mg(OH)↓+H ・・・・・化学反応式2
実際には、両方の反応が混合して発電がおこなわれる。
The reaction of the magnesium battery can be expressed by the following chemical formula.
2Mg + O 2 + 2H 2 O → 2Mg (OH) 2 ↓ Chemical reaction formula 1
Alternatively, the reaction in the absence of oxygen around the electrode can be expressed by the following chemical formula.
Mg + 2H 2 O → Mg (OH) 2 ↓ + H 2. Chemical reaction formula 2
In practice, both reactions mix to generate electricity.

マグネシウムは活性が高く、空気に曝されていると酸素と反応して表面に被膜を作ってしまい、また電解液があると自己放電が大きい。電解液をアルカリ性にすると自己放電を防ぐことができるが、マグネシウムの表面に不動態を形成してしまい反応が悪くなる。そこで、マグネシウムをカルシウム等との合金とすると自己放電が少なく、また発電によって生成される水酸化マグネシウムは電解液に溶け出し、表面の不動態層も形成されず安定に発電できる電池が構成できる。 Magnesium has high activity, and when exposed to air, it reacts with oxygen to form a film on the surface, and when there is an electrolyte, self-discharge is large. When the electrolyte is made alkaline, self-discharge can be prevented, but a passive state is formed on the surface of magnesium, resulting in a poor reaction. Therefore, when magnesium is used as an alloy with calcium or the like, self-discharge is small, and magnesium hydroxide generated by power generation dissolves in the electrolytic solution, and a battery that can generate power stably without forming a passive layer on the surface can be configured.

金属−空気電池において、発電のとき、電解液に溶け出した水酸化金属などの濃度が増加して発電性能が落ちるのを防ぐため、これを取り除くために、電池セルと濾過手段を循環する経路で接続して運転する方法が提案されている。(特許文献1) In a metal-air battery, when power is generated, a route that circulates between the battery cell and the filtering means to remove the concentration of the metal hydroxide dissolved in the electrolyte and prevent the power generation performance from falling. A method of driving by connecting with the network has been proposed. (Patent Document 1)

また、金属−空気電池を使用するとき、電極の発熱による昇温で耐久性が低下することなどを避けるため電池を冷却する必要がある。電解液を電池セルの外部に導いて、電池セルと放熱手段を循環する経路で連結して発電する方法が提案されている。(特許文献2) Further, when using a metal-air battery, it is necessary to cool the battery in order to avoid a decrease in durability due to a temperature rise due to heat generation of the electrode. A method has been proposed in which an electrolytic solution is led to the outside of a battery cell, and the battery cell and the heat dissipation means are connected through a circulation path to generate power. (Patent Document 2)

これらの技術による電池は、単一のセルについての発明である。高い電圧を得るためには、複数の電池セルを直列に接続することになるが、複数の電池セルにおいて生成物分離機構や電解液冷却機構を共通で使うと、電解液が電気的に導通してしまい、電解液を通じた短絡(以下では液絡と称する)が発生してしまうという問題点がある。 A battery according to these technologies is an invention for a single cell. In order to obtain a high voltage, a plurality of battery cells are connected in series. However, when a product separation mechanism and an electrolyte cooling mechanism are commonly used in a plurality of battery cells, the electrolyte is electrically conducted. Therefore, there is a problem that a short circuit (hereinafter referred to as a liquid junction) occurs through the electrolytic solution.

また、電解液を一旦注入して、発電が始まってしまうと、負極のマグネシウムが消耗するまで発電を続けることを想定しており、途中で発電を一時停止することは考慮されていないという問題が有る。マグネシウム発電池システムを電気自動車の電源として使うとき、自動車の運転中に発電モードと、駐車中の停止モードを繰り返し切替えられることは必須である。 Also, once the electrolyte is injected and power generation starts, it is assumed that power generation continues until the magnesium of the negative electrode is consumed, and there is a problem that it is not considered to temporarily stop power generation in the middle Yes. When a magnesium battery system is used as a power source for an electric vehicle, it is essential that the power generation mode and the parking stop mode can be repeatedly switched while the vehicle is operating.

また、これらの技術による電池では、発電中に電池セルから発生する水素の処理は考慮されていないという問題がある。 In addition, batteries using these technologies have a problem that the treatment of hydrogen generated from battery cells during power generation is not taken into consideration.

特開2010−170819号JP 2010-170819 特開2011‐258489号JP 2011-258889

本発明が解決しようとする第1の課題は、マグネシウム発電池システムにおいて、発電中の状態から適宜、発電を止め運転停止とし、また適宜、発電を再開して運転中にすることが可能なマグネシウム発電池システムを提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION A first problem to be solved by the present invention is a magnesium battery system that can appropriately stop power generation from a state during power generation, stop operation, and restart power generation as needed. It is to provide a battery system.

また、第2の課題は、電解液に溶け出した水酸化マグネシウムを濾過し、発電中に電解液の温度が上昇しすぎないように冷却して、長時間に渡って電解液を交換することなく、連続的に運転する事が可能なマグネシウム発電池システムを提供することである。 The second problem is to filter the magnesium hydroxide dissolved in the electrolytic solution, cool the electrolytic solution so that it does not rise too much during power generation, and replace the electrolytic solution over a long period of time. And providing a magnesium battery system that can be operated continuously.

また、第3の課題は、複数の発電セルを直列に接続するときに発生する電解液による液絡を防止する構造を提供することである。
Moreover, the 3rd subject is providing the structure which prevents the liquid junction by the electrolyte solution generate | occur | produced when connecting several power generation cells in series.

第1の発明は、
電池セル、生成物分離機構、電解液冷却機構、電解液貯留タンク、1以上の電解液ポンプ、切替機構、ならびにこれらを接続する複数の配管を構成要素とし、
該電池セルは、正極となる活性炭層、良導体層ならびに空気を取り入れる多孔体層をこの順にならべて一体化し、負極となるマグネシウム層と対向させ、一括して筐体に収めたものであり、
該生成物分離機構は、該電池セルが発電するときに発生する水酸化マグネシウム等の生成物および廃棄物を、電解液が循環するとき、該電解液から分離し、
該電解冷却機構は、該電池セルが発電するときの発熱によって昇温した該電解液が循環するとき、その温度を適正な温度まで冷却し、
該電解液貯留タンクは該電池セルが発電するときに必要な量に等しい量以上の電解液を貯留することができ、
該電池セル、第1の該電解液ポンプ、該生成物分離機構、該電解液冷却機構ならびに該切替機構を該配管で接続して電解液が循環する環状の第1の経路の構成要素となし、
第1の該電解液ポンプの電解液送出側で、切替機構によって、環状の経路から離れて該電解液貯留タンクへ該電解液を導くことができる分岐路を形成して第2の経路となし、
発電の準備のときは、該電解液貯留タンクに貯留してあった該電解液を該電解液貯留タンクより外部に誘導し、第1の経路の構成要素のすべてを該電解液が充填された状態として、発電のための化学反応が可能な状態と、
発電のときは、該電解液が充填された状態で該電池セルの両極に負荷を接続して発電する状態と、
必要に応じて第1の該電解液ポンプで該電解液を第1の経路を循環させて、該電解液に対して該生成物分離機構ならびに該電解液冷却機構により生成物分離ならびに冷却の処理を施す状態と、
発電を止めるときは、該電池セルの両極から負荷を切り離した状態と、
さらに該電池セルに充填していた該電解液を、第1の経路から分岐した第2の経路を通じて、該電解液貯留タンクに移送し、各該電池セル内で発電のための化学反応が不可能な状態とし、移送された該電解液貯留タンクに貯留された状態と、
を有し、その状態を記載の順で切り替え、発電の運転開始・停止を随時できることを特徴とするマグネシウム発電池システムである。
The first invention is
A battery cell, a product separation mechanism, an electrolyte cooling mechanism, an electrolyte storage tank, one or more electrolyte pumps, a switching mechanism, and a plurality of pipes that connect them as constituent elements,
The battery cell is an activated carbon layer that serves as a positive electrode, a good conductor layer, and a porous body layer that takes in air in this order, is opposed to a magnesium layer that serves as a negative electrode, and is collectively housed in a housing.
The product separation mechanism separates products and waste such as magnesium hydroxide generated when the battery cell generates power from the electrolyte when the electrolyte circulates,
The electrolytic cooling mechanism, when the electrolytic solution heated by the heat generated when the battery cell generates electricity circulates, cools the temperature to an appropriate temperature,
The electrolyte storage tank can store an amount of electrolyte equal to or greater than the amount required when the battery cell generates power,
The battery cell, the first electrolytic solution pump, the product separation mechanism, the electrolytic solution cooling mechanism, and the switching mechanism are connected by the pipes, and the constituent elements of the annular first path through which the electrolytic solution circulates ,
On the electrolyte solution delivery side of the first electrolyte solution pump, a switching mechanism is used to form a branch path that can guide the electrolyte solution away from the annular route to the electrolyte solution storage tank. ,
When preparing for power generation, the electrolytic solution stored in the electrolytic solution storage tank was guided to the outside from the electrolytic solution storage tank, and all the components of the first path were filled with the electrolytic solution. As a state, a state in which a chemical reaction for power generation is possible,
At the time of power generation, a state in which a load is connected to both electrodes of the battery cell in a state filled with the electrolytic solution to generate power;
If necessary, the electrolytic solution is circulated through the first path by the first electrolytic solution pump, and product separation and cooling treatment is performed on the electrolytic solution by the product separation mechanism and the electrolytic solution cooling mechanism. The state of applying
When stopping power generation, the load is disconnected from both poles of the battery cell,
Further, the electrolytic solution filled in the battery cell is transferred to the electrolytic solution storage tank through a second path branched from the first path, and a chemical reaction for power generation is not caused in each battery cell. A possible state, the state stored in the transferred electrolyte storage tank, and
This is a magnesium battery system characterized in that its state can be switched in the order described and power generation operation can be started and stopped at any time.

第2の発明は、
第1の発明に示したマグネシウム発電池システムであって、
第1ならびに第2の経路を形成するための切替機構が切替弁であって、
該電解液貯留タンクは該電解液の入口と出口を個別に備えており、
該入口は該切替弁に接続され、
該出口は第2の電解液ポンプを経由して、第1の経路の該切替弁と該電解液冷却機構を接続する配管に接続されており、
該電解液の貯留時は第1の該電解液ポンプによって、該第1の経路の途中から分岐する第2の経路を経由して該電解液貯留タンクに移送され、
該電解液の充填時は、該電解液貯留タンクの出口から第2の該電解液ポンプによって、該電解液が該第1の経路に戻されて、該電池セル以下の第1の経路の構成要素に充填されることを特徴とするマグネシウム発電池システムである。
The second invention is
A magnesium battery system according to the first invention,
The switching mechanism for forming the first and second paths is a switching valve,
The electrolyte storage tank has an inlet and an outlet for the electrolyte separately,
The inlet is connected to the switching valve;
The outlet is connected to a pipe connecting the switching valve of the first path and the electrolyte cooling mechanism via a second electrolyte pump,
When the electrolytic solution is stored, the first electrolytic solution pump is transferred to the electrolytic solution storage tank via the second path branched from the middle of the first path,
At the time of filling the electrolyte, the electrolyte is returned to the first path from the outlet of the electrolyte storage tank by the second electrolyte pump, and the first path below the battery cell is configured. A magnesium battery system characterized by being filled in an element.

第3の発明は、
第1の発明に示したマグネシウム発電池システムであって、
第1ならびに第2の経路を形成するための切替機構が切替弁であって、
該電解液貯留タンクは該電解液の唯一の出入口を底部に備えており、かつ上部が密閉されていて、
該出入口は、該第1の電解液ポンプの電解液送出側に配置された切替弁に接続され、
該電解液の貯留時は該電解液ポンプの圧送によって、該切替弁により該第1の経路より分岐する該第2の経路を通って、該電解液貯留タンクの上部に形成される空間に蓄積された気体の圧力に抗して該電解液が該電解液貯留タンクに押し込まれ、
該電解液の充填時は、前記の気体の圧力で、該電解液が該電解液貯留タンクから該第2の経路を通って、該第1の経路に戻されて該第1の経路を構成する構成要素のすべてに充填されることを特徴とするマグネシウム発電池システムである。
The third invention is
A magnesium battery system according to the first invention,
The switching mechanism for forming the first and second paths is a switching valve,
The electrolyte storage tank has a single inlet / outlet for the electrolyte at the bottom and is sealed at the top,
The inlet / outlet is connected to a switching valve disposed on the electrolyte delivery side of the first electrolyte pump,
When the electrolytic solution is stored, the electrolytic solution is pumped and accumulated in a space formed in the upper portion of the electrolytic solution storage tank through the second path branched from the first path by the switching valve. The electrolyte is pushed into the electrolyte storage tank against the pressure of the gas formed,
At the time of filling the electrolytic solution, the electrolytic solution is returned from the electrolytic solution storage tank through the second path to the first path by the pressure of the gas to form the first path. It is a magnesium battery system that is filled in all of the constituent elements.

第4の発明は、
第1の発明に示したマグネシウム発電池システムであって、
第2の経路を形成するための切替機構が切替弁であって、
該電解液貯留タンクは該電池セルより高い位置に設置され、該電解液の唯一の出入口を底部に備えており、
該電解液の貯留時は該電解液ポンプによって、該第1の経路から該第2の経路を経由して該電解液が重力に抗して押し上げられて該電解液貯留タンクに貯留され、
該電解液の充填時は、該電解液貯留タンクに貯留された電解液が重力によって該第2の経路を経由して、該第1の経路に戻されて、第1の経路を構成する構成要素のすべてに充填されることを特徴とするマグネシウム発電池システムである。
The fourth invention is:
A magnesium battery system according to the first invention,
The switching mechanism for forming the second path is a switching valve,
The electrolyte storage tank is installed at a position higher than the battery cell, and has a single inlet / outlet for the electrolyte at the bottom,
When the electrolytic solution is stored, the electrolytic solution is pushed up against gravity by the electrolytic solution pump from the first route through the second route and stored in the electrolytic solution storage tank.
When filling the electrolytic solution, the electrolytic solution stored in the electrolytic solution storage tank is returned to the first route by gravity through the second route to constitute the first route. A magnesium battery system characterized in that all of the elements are filled.

第5の発明は、
第1の発明に示したマグネシウム発電池システムであって、
複数の該電池セルを備えて、電気的に直列に接続してあり、
該複数の電池セルはそれぞれ電解液の入口弁ならびに出口弁を備えており、
該入口弁の入側ならびに該出口弁の出側は、それぞれ複式接続されて一つに集約され、該電解液ポンプ、該生成物分離機構、該電解液冷却機構と該配管により接続され、該第1の経路を構成し、
該複数の電池セルの内、多くても一つの該電池セルの該電解液のみが第1の経路を循環でき、残る他のすべての該電池セルのそれぞれの第1の経路を構成する該配管又は該電池セルに該電解液の存在しない空間を有することによって、該他の電池セルの該電解液は相互に、かつ該電池セルを除く該第1の経路中の該電解液と電気的に切り離されていることを特徴とするマグネシウム発電池システムである。
The fifth invention is:
A magnesium battery system according to the first invention,
A plurality of the battery cells, electrically connected in series;
Each of the plurality of battery cells includes an electrolyte inlet valve and an outlet valve,
The inlet side of the inlet valve and the outlet side of the outlet valve are respectively connected in a multiple manner and consolidated into one, and are connected to the electrolyte pump, the product separation mechanism, the electrolyte cooling mechanism, and the piping, Configure the first path,
Of the plurality of battery cells, only the electrolyte of at least one of the battery cells can circulate through the first path, and the pipes constituting the first paths of all the remaining battery cells Alternatively, by having a space in which the electrolyte solution does not exist in the battery cell, the electrolyte solutions of the other battery cells are electrically connected to each other and the electrolyte solution in the first path excluding the battery cell. A magnesium battery system characterized by being separated.

図17は本発明のマグネシウム発電池システムの動作を示す状態遷移図である。マグネシウム発電池の動作は「運転停止モード」、「発電可能モード」、「連続発電可能モード」、「発電中モード」、「連続発電中モード」と称する5つのモードを有する。「運転停止モード」は電池セル内の極板を電解液が浸漬しておらず、電解液ポンプの運転をはじめ全ての機能を停止しているモードである。 FIG. 17 is a state transition diagram showing the operation of the magnesium battery system of the present invention. The operation of the magnesium battery has five modes called “operation stop mode”, “power generation possible mode”, “continuous power generation possible mode”, “power generation mode”, and “continuous power generation mode”. The “operation stop mode” is a mode in which the electrolyte plate is not immersed in the electrode plate in the battery cell and all functions including the operation of the electrolyte pump are stopped.

「運転停止モード」のとき、電池セルに電解液を充填すると「発電可能モード」に移行する。「発電可能モード」のとき、電池セルの両極に負荷を接続すれば直ちに「発電中モード」に移って発電を行う。また、「発電可能モード」のとき、電池セルの両極に負荷を接続しないまま電解液の循環を開始すると、「連続発電可能モード」に移行する。 In the “operation stop mode”, when the battery cell is filled with the electrolyte, the “power generation possible mode” is entered. In the “power generation possible mode”, if a load is connected to both poles of the battery cell, the operation immediately proceeds to the “power generation mode” to generate power. Further, in the “power generation possible mode”, when the circulation of the electrolyte is started without connecting the load to both electrodes of the battery cell, the mode is shifted to the “continuous power generation possible mode”.

「連続発電可能モード」のとき、電池セルの電解液が第1の経路を循環して生成物分離と電解液冷却の処理を行っており、電池セルの両極に負荷を接続すれば直ちに「連続発電中モード」に移行して、電解液を交換することなく連続的に発電を継続できる。
これらのモードを適切に順次切り替えることでマグネシウム発電池システムの運転を制御することができる。
In the “continuous power generation possible mode”, the battery cell electrolyte circulates through the first path to perform product separation and electrolyte cooling treatment. It is possible to continue the power generation without changing the electrolytic solution by shifting to the “power generation mode”.
The operation of the magnesium battery system can be controlled by appropriately switching these modes.

ここで、運転停止モードでは、化学反応を完全に停止してマグネシウムの損耗を防ぐことができる。また、これらモードの切り替えを適切に行うことで、複数の電池セルを直列に接続しても液絡を発生しないマグネシウム発電池システムを実現できるが、詳細については後述する。なお、発電可能モードでは、負荷には接続されていないので、発電は正規には行われないが、漏えい電流の存在により、微小ではあるが化学反応が進み、長時間では、マグネシウムの消耗を招くことがある。 Here, in the shutdown mode, the chemical reaction can be completely stopped to prevent the magnesium from being worn. In addition, by appropriately switching these modes, a magnesium battery system that does not generate liquid junction even when a plurality of battery cells are connected in series can be realized. Details will be described later. In the power generation possible mode, power generation is not performed normally because it is not connected to the load, but due to the presence of leakage current, a chemical reaction proceeds although it is minute, leading to consumption of magnesium over a long period of time. Sometimes.

また、発電中モードで、さらに電解液を循環させ、連続発電中モードとすることで生成物分離機構が働き、電解液に溶け出す水酸化マグネシウムや廃棄物を取り除くので、電解液を長期間交換する必要がなく、また電解液冷却機構により電解液の温度を適正に保つので、安定に動作するマグネシウム発電池システムを提供できる。
In addition, in the power generation mode, the electrolytic solution is further circulated to switch to the continuous power generation mode, so that the product separation mechanism works and removes magnesium hydroxide and waste that dissolves in the electrolyte, so the electrolyte can be replaced for a long time. In addition, since the temperature of the electrolytic solution is appropriately maintained by the electrolytic solution cooling mechanism, a magnesium battery system that operates stably can be provided.

マグネシウム発電池システムの第1の全体構成図First overall configuration diagram of the magnesium battery system 第1の構成の電解液のフロー図Flow diagram of electrolyte solution of first configuration マグネシウム発電池システムの第2の全体構成図Second overall configuration diagram of the magnesium battery system 第2の構成の電解液のフロー図Flow diagram of electrolyte solution of second configuration マグネシウム発電池システムの第3の全体構成図Third overall configuration diagram of magnesium battery system 第3の構成の電解液のフロー図Flow diagram of electrolyte solution of third configuration 電池セルの断面図Cross section of battery cell マグネシウム発電池システムの全体外観図Overall appearance of magnesium battery system ハイブリッド電池の概念図Conceptual diagram of hybrid battery 複数の電池セルを直列接続した全体構成図Overall configuration diagram with multiple battery cells connected in series コントローラの図Controller diagram 電池セルを直列接続するコントローラの図Diagram of a controller that connects battery cells in series 電解液充填のシーケンスチャートElectrolyte filling sequence chart 連続発電中のシーケンスチャートSequence chart during continuous power generation 電解液貯留のシーケンスチャートElectrolyte storage sequence chart 電池セルを直列接続した場合の処理のタイミングチャートProcessing timing chart when battery cells are connected in series マグネシウム発電池の状態遷移図State transition diagram of magnesium battery

第1の実施例を図によって説明する。図1はマグネシウム発電池システムの第1の全体構成図であり、図2は第1の構成の電解液のフロー図であり、図7は電池セルの断面構造図であり、図11は電池を制御するコントローラを示すものである。 A first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a first overall configuration diagram of the magnesium battery system, FIG. 2 is a flow diagram of the electrolyte solution of the first configuration, FIG. 7 is a cross-sectional configuration diagram of the battery cell, and FIG. It shows the controller to control.

図1に示すように、この実施例では、電池セル11、第1の電解液ポンプ41、生成物分離機構211、ならびに電解液冷却機構212を、記載の順にそれぞれの出口と入口の間を絶縁物で形成された配管71で接続して、電解液3が循環する環状の経路を形成する。これを第1の経路と呼ぶ。また、生成物分離機構211と電解液冷却機構212を結ぶ配管71の途中に、切替機構である切替弁51を設置してあり、その1つの出口を電解液貯留タンク213の底部に位置する電解液入口215に接続してある。 As shown in FIG. 1, in this embodiment, the battery cell 11, the first electrolyte pump 41, the product separation mechanism 211, and the electrolyte cooling mechanism 212 are insulated from each other in the order described. An annular path through which the electrolytic solution 3 circulates is formed by connecting with a pipe 71 made of a material. This is called the first route. In addition, a switching valve 51 as a switching mechanism is installed in the middle of the pipe 71 connecting the product separation mechanism 211 and the electrolyte cooling mechanism 212, and one of the outlets is electrolyzed located at the bottom of the electrolyte storage tank 213. It is connected to the liquid inlet 215.

電解液3は環状の第1の経路を、第1の電解液ポンプ41によって、図で左回りに循環する。また、電解液3が右回りに循環されることのないように、循環する第1の経路上の適宜な位置に図示しない逆止弁が設置されている。 The electrolytic solution 3 is circulated counterclockwise in the figure by a first electrolytic solution pump 41 through an annular first path. In addition, a check valve (not shown) is provided at an appropriate position on the first circulation path so that the electrolytic solution 3 is not circulated clockwise.

電解液貯留タンク213の電解液出口をなす配管216は、該貯留タンクの上部から内部に差し込まれていて開口部が底部近くに達し、該配管216の該貯留タンクの外部の部分は、第2の電解液ポンプ42を経由して、切替弁51と電解液冷却機構212を結ぶ配管71に接続して、環状の第1の経路に合流している。この配管216の経路を第2の経路と呼ぶ。第2の経路上においても、配管216の該貯留タンクの底部開口部から第2の電解液ポンプ42の順に電解液3を流す必要があるので、万が一にも逆流することのないように図示しない逆止弁が設置されている。 The pipe 216 forming the electrolyte outlet of the electrolyte storage tank 213 is inserted into the inside from the top of the storage tank and the opening reaches near the bottom, and the portion of the pipe 216 outside the storage tank is the second Is connected to a pipe 71 connecting the switching valve 51 and the electrolyte cooling mechanism 212 via the electrolyte pump 42, and is joined to the annular first path. This route of the pipe 216 is referred to as a second route. Also on the second path, it is necessary to flow the electrolyte 3 in the order of the second electrolyte pump 42 from the bottom opening of the storage tank of the pipe 216, so that it is not shown so that it does not flow back by any chance. A check valve is installed.

電解液貯留タンク213は、電池セル11、生成物分離機構211、電解液冷却機構212、第1の電解液ポンプ41ならびにそれぞれを接続する配管のすべての容積を満たし、かつ電池セル11が発電中に消費される電解液3を補充するのに十分な量の電解液を貯蔵することができる容量を持っている。 The electrolytic solution storage tank 213 satisfies all the volumes of the battery cell 11, the product separation mechanism 211, the electrolytic solution cooling mechanism 212, the first electrolytic solution pump 41, and the pipes connecting them, and the battery cell 11 is generating power. It has a capacity capable of storing a sufficient amount of electrolyte solution to replenish the electrolyte solution 3 consumed.

図7に断面図を示すように、電池セル11は電池セル筐体13の内部に、マグネシウム合金122を負極とし、活性炭113、銅などの良導体112ならびに多孔体114を記載の順に重ねて一体化したものを正極として、一定の隙間を空けて、対向して配置する。 As shown in a cross-sectional view in FIG. 7, the battery cell 11 is integrated inside the battery cell housing 13 with a magnesium alloy 122 as a negative electrode, activated carbon 113, a good conductor 112 such as copper, and a porous body 114 in the order described. These are used as positive electrodes, and are arranged facing each other with a certain gap.

図7に示すように、電池セル筐体13の1面(図で左側の面)に多数の微小な空気穴131を開口してある。正極の多孔体114を、この空気穴131に対向して、開口のある範囲を覆うように設置する。マグネシウム発電池システム1が発電するとき、正極側で酸素が必要であるが、この空気穴131、多孔体114を経由して空気中の酸素が電池セル11の内部に供給される。 As shown in FIG. 7, a large number of minute air holes 131 are opened on one surface (left surface in the drawing) of the battery cell housing 13. The porous body 114 of the positive electrode is installed so as to face the air hole 131 and cover the area with the opening. When the magnesium battery system 1 generates power, oxygen is required on the positive electrode side, but oxygen in the air is supplied into the battery cell 11 through the air holes 131 and the porous body 114.

多孔体114は、気体は通過させるが液体は通過させない材質である。液体を通過させないために材料の持つ撥水性などが利用される。たとえば、フッ素樹脂多孔膜、あるいはクロロプレン、シリコーン樹脂、ポリトリメチルシリルプロピン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリイソプレン、ポリブタジエン、クロロプレン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、シリコンポリカーボネート共重合体、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエステルなどの発泡シートを使うことができる。 The porous body 114 is made of a material that allows gas to pass but does not allow liquid to pass. The water repellency of the material is used to prevent liquid from passing through. For example, fluororesin porous membrane, or chloroprene, silicone resin, polytrimethylsilylpropyne, polypropylene, polymethylpentene, polyisoprene, polybutadiene, chloroprene, polystyrene, polyethylene, polycarbonate, silicon polycarbonate copolymer, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, polyphenylene Foam sheets such as sulfide and polyester can be used.

また、電池セル筐体13は、電解液3に接する面が絶縁物で形成されている。マグネシウム合金122の上部には、負極リード部が設置されている。良導体112の上部には、正極リード部が設置されている。両極リード部と電池セル筐体13との間は絶縁されている。 In addition, the battery cell casing 13 has a surface in contact with the electrolytic solution 3 formed of an insulator. On the upper portion of the magnesium alloy 122, a negative electrode lead portion is provided. A positive electrode lead portion is installed on the top of the good conductor 112. The bipolar lead portions are insulated from the battery cell housing 13.

図1に示すように、電池セル筐体13の外側に、液面検出器14ならびに15が設置してある。液面検出器は既知の超音波方式のもの、静電容量方式のもの、あるいはその他の方式のものである。液面検出器14は、電池セル11の上部でほぼ電解液入口135の高さと同じ高さの位置に設置される。液面検出器15は、電池セル11の下部で電極類の下端より下側の高さの位置に設置される。液面検出器14ならびに15は取付位置の水平方向に対向する位置に電解液3が有るときON信号を、無いときにはOFF信号を発生する。   As shown in FIG. 1, liquid level detectors 14 and 15 are installed outside the battery cell housing 13. The liquid level detector is of a known ultrasonic type, a capacitive type, or any other type. The liquid level detector 14 is installed at a position approximately the same as the height of the electrolyte inlet 135 above the battery cell 11. The liquid level detector 15 is installed at a position below the battery cell 11 and below the lower end of the electrodes. The liquid level detectors 14 and 15 generate an ON signal when the electrolytic solution 3 is present at a position opposite to the mounting position in the horizontal direction, and an OFF signal when there is no electrolytic solution 3.

図11に示すコントローラ8は、操作盤81からの操作信号と、液面検出器14ならびに15からの信号を受け取る。操作信号は、「電解液充填」、「電解液循環」、「電解液貯留」の3つである。それらの入力に基づいて、第1の電解液ポンプ41ならびに第2の電解液ポンプ42を運転するための電源と、切替弁51の切替信号を出力する。 The controller 8 shown in FIG. 11 receives an operation signal from the operation panel 81 and signals from the liquid level detectors 14 and 15. There are three operation signals: “electrolyte filling”, “electrolyte circulation”, and “electrolyte storage”. Based on these inputs, a power source for operating the first electrolyte pump 41 and the second electrolyte pump 42 and a switching signal of the switching valve 51 are output.

電池セル11は電池セル筐体13の内部に電解液3を充填すれば、発電が可能な状態(発電可能モード)となる。電解液3は塩水である。電解液3を充填した状態で負極リードと正極リードの間に図示しない負荷を接続すれば、電池としての化学反応により発電(発電中モード)が始まる。 When the battery cell 11 is filled with the electrolyte 3 in the battery cell housing 13, the battery cell 11 is in a state where power generation is possible (power generation possible mode). The electrolytic solution 3 is salt water. If a load (not shown) is connected between the negative electrode lead and the positive electrode lead with the electrolyte 3 filled, power generation (power generation mode) starts by a chemical reaction as a battery.

発電状態のとき、水素ガスが発生するので、これを外部に導くように電池セル筐体13の上部にガス放出口132を設けてある。また、後に述べる電解液貯留時において電解液3が電池セル11から抜き取られるときはガス放出口132を通って内部に空気が入る。電解液充填時に電解液3を電池セル11に充填するときは、ガス放出口132より、内部の空気が出て行く。 Since hydrogen gas is generated during the power generation state, a gas discharge port 132 is provided in the upper part of the battery cell housing 13 so as to guide it to the outside. Further, when the electrolyte 3 is extracted from the battery cell 11 during the storage of the electrolyte described later, air enters the inside through the gas discharge port 132. When the battery cell 11 is filled with the electrolyte solution 3 when the electrolyte solution is filled, the internal air exits from the gas discharge port 132.

図1に示すマグネシウム発電池システム1の動作を説明する。図1(a)は、本マグネシウム発電池システムが連続発電中モードにある状態を示している。すなわち、電池セル11に電解液3が充填された発電可能モードから、図示しない負荷が接続されて発電中モードとなり、かつ電解液が循環されて連続発電中モードであることを示す。これらのモード切り替えは、図11に示したコントローラによって制御される。詳細は後述する。 The operation of the magnesium battery system 1 shown in FIG. 1 will be described. FIG. 1A shows a state in which the present magnesium battery system is in a continuous power generation mode. That is, the power generation possible mode in which the battery cell 11 is filled with the electrolytic solution 3 is connected to a load (not shown) to enter the power generation mode, and the electrolytic solution is circulated to indicate the continuous power generation mode. These mode switching operations are controlled by the controller shown in FIG. Details will be described later.

この図1(a)連続発電中モードにおいて、図1の下方の「切替弁の動作」の図に示す切替弁は、「(w)電解液循環」の位置にあって、電解液3は切替弁の左側から入って、上側へ出て行く。図1(a)の配管71および切替弁51の近傍に矢印で示したように、第1の電解液ポンプ41の運転により、圧送された電解液3は図で左回り方向に流れて第1の経路上を循環する。 In this FIG. 1 (a) continuous power generation mode, the switching valve shown in the “switching valve operation” diagram at the bottom of FIG. 1 is in the position “(w) electrolyte circulation”, and the electrolyte 3 is switched. Enter from the left side of the valve and go up. As indicated by arrows in the vicinity of the pipe 71 and the switching valve 51 in FIG. 1A, the pumped electrolyte 3 flows in the counterclockwise direction in FIG. Circulate on the path.

図2は電解液3のフローを示すもので、各モードの概念が理解しやすいように適宜省略して表示した図である。図の矢印が電解液3の流れの方向を示している。 FIG. 2 shows the flow of the electrolytic solution 3 and is abbreviated and displayed so that the concept of each mode can be easily understood. The arrows in the figure indicate the flow direction of the electrolyte solution 3.

図2(a)連続発電中モードで示す通り、第1の電解液ポンプ41によって、電解液3が環状の第1の経路を左回りに循環する。すなわち、電池セル11、電解液ポンプ41、生成物分離機構211、電解液冷却機構212の順である。ここで切替弁51は表示を省略してある。 As shown in the continuous power generation mode in FIG. 2 (a), the first electrolyte pump 41 causes the electrolyte 3 to circulate counterclockwise through the annular first path. That is, the battery cell 11, the electrolyte pump 41, the product separation mechanism 211, and the electrolyte cooling mechanism 212 are arranged in this order. Here, the display of the switching valve 51 is omitted.

電解液3が生成物分離機構211を通過するとき内部に含まれている水酸化マグネシウムなどの発電生成物が分離される。生成物分離機構211から出た電解液3は切替弁51によって、上向きの配管に向かって出て行き、次に電解液冷却機構212を通過する。電解液3が電解液冷却機構212を通過するとき、適当な温度に冷却される。冷却には、水冷または空冷など適切な方法が使われる。 When the electrolytic solution 3 passes through the product separation mechanism 211, the power generation product such as magnesium hydroxide contained therein is separated. The electrolytic solution 3 exiting from the product separation mechanism 211 exits toward the upward piping by the switching valve 51, and then passes through the electrolytic solution cooling mechanism 212. When the electrolytic solution 3 passes through the electrolytic solution cooling mechanism 212, it is cooled to an appropriate temperature. An appropriate method such as water cooling or air cooling is used for cooling.

電解液冷却機構212を出た電解液3は電池セル11に戻る。電解液3がこの環状の第1の経路を循環するとき、該経路外には出て行かないので、該経路内の電解液3の量は一定である。だが発電が行われると電解液3の中の水は化学反応式1及び/又は2によって消費される。したがって電池セルの電解液3の量を一定に保つために電解液の補充が必要である。 The electrolytic solution 3 exiting the electrolytic solution cooling mechanism 212 returns to the battery cell 11. When the electrolytic solution 3 circulates in the annular first path, it does not go out of the path, so that the amount of the electrolytic solution 3 in the path is constant. However, when power is generated, the water in the electrolyte 3 is consumed by the chemical reaction formulas 1 and / or 2. Therefore, in order to keep the amount of the electrolytic solution 3 in the battery cell constant, it is necessary to replenish the electrolytic solution.

そのため、電池セル11内の電解液3の上面の位置を液面検出器14で監視しておき、電解液3が減少して液面の位置が下がり、液面検出器14がOFFになると、短時間だけ第2の電解液ポンプを運転して電解液貯留タンク213から電解液3を補充して、電解液3の液面の高さは常にある範囲に保たれるよう制御する。こうすることによって、電極に接続してある図示していない負荷に継続的に電力を供給できる。 Therefore, the position of the upper surface of the electrolytic solution 3 in the battery cell 11 is monitored by the liquid level detector 14, and when the electrolytic solution 3 is decreased and the liquid level is lowered, the liquid level detector 14 is turned off. The second electrolytic solution pump is operated for a short time to replenish the electrolytic solution 3 from the electrolytic solution storage tank 213, and control is performed so that the liquid level of the electrolytic solution 3 is always kept within a certain range. By doing so, power can be continuously supplied to a load (not shown) connected to the electrode.

次にマグネシウム発電池システムが運転停止モードに移る動作を説明する。図2(b)は電解液3を電池セル11から抜き取って、電解液貯留タンク213に移送する電解液貯留の動作を示している。 Next, an operation in which the magnesium battery system shifts to the operation stop mode will be described. FIG. 2 (b) shows the operation of storing the electrolyte solution in which the electrolyte solution 3 is extracted from the battery cell 11 and transferred to the electrolyte solution storage tank 213.

マグネシウム発電池システムが連続発電中モードのとき、図示しない負荷を電池セル11から切り離して負荷への電源供給を止めてから、図11に示した操作盤81で「電解液貯留」を入力すると、コントローラ8から切替弁に対して切替信号が出力され、当該信号によって切替弁51は図1の下部に示した「切替弁の動作」の図の内で、「(w)電解液循環」から「(x)電解液貯留」で示される位置に切替えられて、電解液3は、切替弁の左側から入って右側から出て行くように変わる。 When the magnesium battery system is in the continuous power generation mode, after disconnecting a load (not shown) from the battery cell 11 and stopping the power supply to the load, inputting “electrolyte storage” on the operation panel 81 shown in FIG. A switching signal is output from the controller 8 to the switching valve, and the switching valve 51 causes the switching valve 51 to switch from “(w) electrolyte circulation” to “switching the electrolyte solution” in the “switching valve operation” diagram shown at the bottom of FIG. By switching to the position indicated by “(x) Electrolyte storage”, the electrolyte 3 changes so as to enter from the left side of the switching valve and exit from the right side.

すなわち、切替弁51は電解液ポンプ41の出口と電解液貯留タンク213の電解液入口215を接続し、電解液フローは、図2(b)に示す電解液貯留の動作となる。電池セル11からの電解液3の流れは、環状の第1の経路上の循環を止めて、電解液貯留タンク213に向かい、電解液3は電解液貯留タンクに移送され、貯留される。 That is, the switching valve 51 connects the outlet of the electrolyte pump 41 and the electrolyte inlet 215 of the electrolyte storage tank 213, and the electrolyte flow is the operation of storing the electrolyte shown in FIG. The flow of the electrolytic solution 3 from the battery cell 11 stops the circulation on the annular first path and moves toward the electrolytic solution storage tank 213, and the electrolytic solution 3 is transferred to and stored in the electrolytic solution storage tank.

電解液3の液面が電池セル11の電極類の下端より上に有って、電池セル11に設置した液面検出器15がONの状態にある限り、この電解液貯留の動作が継続する。電解液3の液面が電極類の下端より下の液面検出器15の取り付けられた位置まで低下すると、液面検出器15がOFFとなって、電解液貯留の動作が終了する。電解液貯留の動作が終了するとき、コントローラ8の切替信号によって切替弁は図1の下側の「切替弁の動作」の図で「(x)電解液貯留」から「(z)停止」の位置に切り替えられ、また電解液ポンプ41への電源供給は停止される。 As long as the liquid level of the electrolytic solution 3 is above the lower end of the electrodes of the battery cell 11 and the liquid level detector 15 installed in the battery cell 11 is in the ON state, the operation of storing the electrolytic solution continues. . When the liquid level of the electrolytic solution 3 is lowered to the position where the liquid level detector 15 is attached below the lower end of the electrodes, the liquid level detector 15 is turned OFF and the operation of storing the electrolytic solution is completed. When the operation of storing the electrolyte solution is completed, the switching valve is switched from “(x) electrolyte solution storage” to “(z) stop” in the “switching valve operation” diagram on the lower side of FIG. The power supply to the electrolyte pump 41 is stopped.

図1(b)は運転停止モードを示す。電解液貯留の動作が終了して、電解液3が電池セル11の底部と配管71に残った部分を除いてほとんど電解液貯留タンク213に貯留されている状態を示している。このとき、図から見てとれるように、電池セル11では電解液3は各電極に接していないので、電池は発電できず、自己放電することもないので、完全な運転停止モードとなる。 FIG. 1B shows the operation stop mode. The state where the operation of storing the electrolytic solution is completed and the electrolytic solution 3 is almost stored in the electrolytic solution storage tank 213 except for the bottom portion of the battery cell 11 and the portion remaining in the pipe 71 is shown. At this time, as can be seen from the drawing, in the battery cell 11, since the electrolyte 3 is not in contact with each electrode, the battery cannot generate power and does not self-discharge, so that the complete operation stop mode is set.

次に、この運転停止モードにあるとき操作盤81で「電解液充填」を入力すると、コントローラ8から出力された電源により第2の電解液ポンプ42が起動される。このとき切替弁51は(z)停止の位置のままである。 Next, when “electrolyte filling” is input on the operation panel 81 in the operation stop mode, the second electrolyte pump 42 is activated by the power source output from the controller 8. At this time, the switching valve 51 remains in the (z) stop position.

すなわち、電解液のフローは図2(c)電解液充填となり、電解液3を電解液貯留タンク213から電池セル11に充填する動作になる。電解液貯留タンク213に貯留されていた電解液3は第2の電解液ポンプ42によって抜き取られ、電解液冷却機構212を経由して電池セル11の内部に充填される。 That is, the flow of the electrolytic solution is the filling of the electrolytic solution in FIG. 2C, and the battery 3 is filled with the electrolytic solution 3 from the electrolytic solution storage tank 213. The electrolytic solution 3 stored in the electrolytic solution storage tank 213 is extracted by the second electrolytic solution pump 42 and filled into the battery cell 11 via the electrolytic solution cooling mechanism 212.

この電解液充填の動作は、電池セル11の内部の電解液3の上面が電池セル筐体13に設置された液面検出器14のレベルを越えて上昇したとき、液面検出器14がこれを検出し、OFFからONに変わり、それをコントローラ8が認識して、第2の電解液ポンプ42への電源供給を停止して、終了し、発電可能モードとなる。負荷を接続すれば、電解液3が循環していなくても発電中モードとなる。 The operation of filling the electrolytic solution is performed when the upper surface of the electrolytic solution 3 inside the battery cell 11 rises above the level of the liquid level detector 14 installed in the battery cell housing 13. Is detected, and the controller 8 recognizes this, stops the power supply to the second electrolyte pump 42, ends, and enters the power generation possible mode. If the load is connected, the power generation mode is set even if the electrolyte 3 is not circulating.

次に、図11に示した操作盤81で「電解液循環」を入力すると、電解液ポンプ41への電源が出力され、コントローラ8の出力する切替信号によって切替弁51は「(z)停止」の位置から、「(w)電解液循環」の位置に切り替わり、電解液3は第1の経路を循環開始し、電解液循環の動作となる。上に述べたように、発電可能モードで負荷を接続すれば、発電を開始するが、電解液の生成物分離、冷却を担保するために電解液循環の動作が開始するまで、負荷の接続を待って、発電を開始してもよい。以上で動作状態の一巡を説明した。 Next, when “electrolyte circulation” is input on the operation panel 81 shown in FIG. 11, the power to the electrolyte pump 41 is output, and the switching valve 51 is “(z) stopped” by the switching signal output from the controller 8. From this position, the position is switched to the position “(w) Electrolyte circulation”, and the electrolyte 3 starts to circulate through the first path, and becomes an electrolyte circulation operation. As described above, if a load is connected in the power generation enable mode, power generation is started.However, until the operation of the electrolyte circulation starts to ensure the separation and cooling of the electrolyte solution, the load connection is started. You may wait and start power generation. The cycle of the operating state has been described above.

なお、図1(a)連続発電中モードから説明したが、常時は発電中モードとしておき、電解液中の生成物の濃度や電解液の温度が基準値を超えて高くなった時だけ連続発電モードとして電解液を循環しても良い。 In addition, although it demonstrated from Fig.1 (a) continuous electric power generation mode, it is always set as the electric power generation mode, and continuous electric power generation is performed only when the concentration of the product in the electrolytic solution or the temperature of the electrolytic solution becomes higher than the reference value. The electrolyte may be circulated as a mode.

この実施例では、電解液貯留タンク213を生成物分離機構211と電解液冷却機構212の間を接続する配管に設置したが、これに限らず電解液ポンプ41の電解液送出側であれば、電解液ポンプ41と生成物分離機構211の間でも、電解液冷却機構212と電池セル11の間でも、いずれの位置に設置しても良い。 In this embodiment, the electrolytic solution storage tank 213 is installed in a pipe connecting the product separation mechanism 211 and the electrolytic solution cooling mechanism 212, but not limited thereto, if the electrolytic solution delivery side of the electrolytic solution pump 41, You may install in any position between the electrolyte solution pump 41 and the product separation mechanism 211, or between the electrolyte solution cooling mechanism 212 and the battery cell 11.

また、本実施例では第1の経路に電解液ポンプ、生成物分離機構、電解液冷却機構の順に接続されているとしたが、電解液ポンプ、電解液冷却機構、生成物分離機構の順でも良い。 In this embodiment, the electrolyte pump, the product separation mechanism, and the electrolyte cooling mechanism are connected to the first path in this order. However, the electrolyte pump, the electrolyte cooling mechanism, and the product separation mechanism are also connected in this order. good.

図8(a)はマグネシウム発電池システム1の全体の外観図である。電池セル11以外の要素は別の筐体に電解液処理モジュール21としてまとめてある。図8(b)は電池セル11と電解液処理モジュール21を組み合わせることで、複数のマグネシウム発電池システム1を密接並列して設置することができる様子を示したものである。複数のマグネシウム発電池システム1は直列もしくは並列に接続して運転ができる。 FIG. 8A is an external view of the entire magnesium battery system 1. Elements other than the battery cell 11 are collected in a separate housing as the electrolyte treatment module 21. FIG. 8B shows a state where a plurality of magnesium battery systems 1 can be installed in close parallel by combining the battery cell 11 and the electrolyte treatment module 21. The plurality of magnesium battery systems 1 can be operated by being connected in series or in parallel.

発電中は電池セル11から水素ガスが発生する。図9はマグネシウム発電池システム1と水素燃料電池9を組み合わせてハイブリッド電池としたものを示す。マグネシウム発電池システム1の電池セル11のガス放出口を水素燃料電池9のガス流入口911に気密に接続し、発生した水素ガスの圧力で水素燃料電池9に送る。複数のマグネシウム発電池システム1の出口を1つの水素燃料電池9に気密に接続してもよい。 Hydrogen gas is generated from the battery cells 11 during power generation. FIG. 9 shows a hybrid battery in which the magnesium battery system 1 and the hydrogen fuel cell 9 are combined. The gas discharge port of the battery cell 11 of the magnesium battery system 1 is hermetically connected to the gas inlet 911 of the hydrogen fuel cell 9 and is sent to the hydrogen fuel cell 9 with the pressure of the generated hydrogen gas. The outlets of the plurality of magnesium battery systems 1 may be connected to one hydrogen fuel cell 9 in an airtight manner.

また、この場合電池セル11の電池セル筐体13に、空気が出入りする空気弁134を有する空気流通口133を設置して、電解液3の貯留または充填の場合の空気の流通ができるように空気弁134を開けておく。一方、マグネシウム発電池システム1が発電中は発生する水素を逃がさないように空気弁134を閉じておく。
Further, in this case, an air circulation port 133 having an air valve 134 through which air enters and exits is installed in the battery cell housing 13 of the battery cell 11 so that air can be circulated when storing or filling the electrolyte solution 3. The air valve 134 is kept open. On the other hand, the air valve 134 is closed so that hydrogen generated by the magnesium battery system 1 does not escape during power generation.

第2の実施例を図3、4によって説明する。図3はマグネシウム発電池システムの第2の全体構成図であり、図4は第2の構成の電解液のフロー図である。 A second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a second overall configuration diagram of the magnesium battery system, and FIG. 4 is a flowchart of the electrolyte solution of the second configuration.

図3に示すように、この実施例では、発電状態で電池セル11、電解液ポンプ41(本実施例では、ポンプは一つしか必要ないので、単に電解液ポンプ41と称する)、生成物分離機構211、ならびに電解液冷却機構212を、記載の順にそれぞれ配管で接続して循環する環状の第1の経路を形成している点は第1の実施例と同じである。 As shown in FIG. 3, in this embodiment, the battery cell 11 and the electrolyte pump 41 (in this embodiment, only one pump is required in the present embodiment, which is simply referred to as the electrolyte pump 41), and the product separation in the power generation state. The mechanism 211 and the electrolyte cooling mechanism 212 are the same as in the first embodiment in that an annular first path that circulates by connecting with each other in the order described is formed.

生成物分離機構211と電解液冷却機構212を結ぶ配管71の途中に、切替機構である切替弁51を設置してあり、その1つの出口を電解液貯留タンク213の底部に有る唯一の電解液出入口217に接続してある。 A switching valve 51 as a switching mechanism is installed in the middle of the pipe 71 connecting the product separation mechanism 211 and the electrolytic solution cooling mechanism 212, and the only electrolytic solution that has one outlet at the bottom of the electrolytic solution storage tank 213. It is connected to the entrance / exit 217.

電解液貯留タンク213には、その他には電解液3の出入口は無く、電解液3が底部から入るとその上部は密閉された空間を形成する点が第1の実施例と異なる。該空間にはあらかじめ空気または不活性ガスなどを適当な圧力で封入しておく。 The electrolytic solution storage tank 213 has no other entrance / exit for the electrolytic solution 3, and is different from the first embodiment in that when the electrolytic solution 3 enters from the bottom, a sealed space is formed at the top thereof. The space is previously filled with air or inert gas at an appropriate pressure.

また、本実施例では、図11に示した実施例1のコントローラ8において第2の電解液ポンプ42への出力が無い点を除けば、第1の実施例と同じである。 Further, this embodiment is the same as the first embodiment except that the controller 8 of the first embodiment shown in FIG. 11 does not output to the second electrolyte pump 42.

図4によって電解液のフローを詳しく説明する。図4(a)に示す連続発電中モードは第1の実施例の図2(a)と同じである。すなわち、発電可能モードまたは発電中モードのとき、操作盤81で「電解液循環」を入力すると、コントローラ8から電解液ポンプ41への電源が出力されて運転を始め、かつ切替弁51への切替信号の出力により、図3の下部の「切替弁の動作」の図で示されるように切替弁51が「(z)停止」から、「(w)電解液循環」に切替えられ、切替弁51の左側から入った電解液3は右側に出るようになる。これによって、図4(a)に示す連続発電中モードとなり、生成物分離機構211の出口は電解液冷却機構212の入口に接続され、第1の経路を電解液3が循環する。 The flow of the electrolytic solution will be described in detail with reference to FIG. The continuous power generation mode shown in FIG. 4A is the same as that in FIG. 2A of the first embodiment. That is, when “electrolyte circulation” is input on the operation panel 81 in the power generation possible mode or the power generation mode, the controller 8 outputs power to the electrolyte pump 41 to start operation, and switches to the switching valve 51. By the output of the signal, the switching valve 51 is switched from “(z) stop” to “(w) electrolyte circulation” as shown in the “operation of the switching valve” at the bottom of FIG. Electrolyte 3 that has entered from the left side of the liquid comes out to the right side. As a result, the continuous power generation mode shown in FIG. 4A is entered, the outlet of the product separation mechanism 211 is connected to the inlet of the electrolyte cooling mechanism 212, and the electrolyte 3 circulates through the first path.

次に、連続発電中モードのとき、負荷を切り離すと連続発電可能モードに移行し、さらに操作盤81で「電解液貯留」を入力すると、発電可能モードに移行し、コントローラ8から切替弁51に対して切替信号が出力されて、図3の下部に示す「切替弁の動作」の図で示されるように、切替弁51が「(w)電解液循環」から「(x)電解液貯留」の位置に切替えられ、切替弁51の左側から入った電解液3は上方に出るようになる。 Next, in the continuous power generation mode, when the load is disconnected, the mode shifts to the continuous power generation possible mode. When “electrolyte storage” is input on the operation panel 81, the mode shifts to the power generation possible mode and the controller 8 switches to the switching valve 51. On the other hand, a switching signal is output, and the switching valve 51 changes from “(w) electrolyte circulation” to “(x) electrolyte storage” as shown in the “switching valve operation” diagram at the bottom of FIG. The electrolyte solution 3 entering from the left side of the switching valve 51 comes out upward.

すなわち、図4(b)電解液貯留のフロー図に示されるように、電解液ポンプ41の出口と電解液貯留タンク213の電解液出入口217が接続される。これにより、電解液3の流れは環状の循環する第1の経路から離れて、電解液ポンプ41によって圧送された電解液3は電解液出入口217を経由して電解液貯留タンク213に移送され、貯留される。 That is, as shown in the flow chart of FIG. 4 (b) electrolyte storage, the outlet of the electrolyte pump 41 and the electrolyte inlet / outlet 217 of the electrolyte storage tank 213 are connected. Thereby, the flow of the electrolytic solution 3 is separated from the first circulation path, and the electrolytic solution 3 pumped by the electrolytic solution pump 41 is transferred to the electrolytic solution storage tank 213 via the electrolytic solution inlet / outlet 217, Stored.

この時、電解液貯留タンク213には、電解液出入口217以外に出入口が無く密閉されているので、電解液3が電解液ポンプ41で電解液貯留タンク213内に圧入されて、貯留される量が多くなるほど上部の空間に有る気体は圧縮されていく。 At this time, since the electrolyte storage tank 213 is sealed without any inlet / outlet other than the electrolyte inlet / outlet 217, the electrolyte 3 is pressed into the electrolyte storage tank 213 by the electrolyte pump 41 and stored. The more gas is, the more the gas in the upper space is compressed.

この電解液貯留の動作は、電解液3の液面が電池セル11内の電極類の下端より上にあって、電池セル筐体13に設置した液面検出器15がONの状態あるかぎり継続する。電解液3の液面が電極類の下端より下になったことを液面検出器15が検出してOFFになると、コントローラ8がそれを認識して、コントローラ8から切替弁51に対して切替信号が出力されて切替弁51は「(x)電解液貯留」から「(z)停止」の位置となり、電解液ポンプ41への電源供給は切断されてポンプは停止して、電解液貯留の動作が終了する。 The operation of storing the electrolytic solution is continued as long as the liquid level of the electrolytic solution 3 is above the lower end of the electrodes in the battery cell 11 and the liquid level detector 15 installed in the battery cell housing 13 is in an ON state. To do. When the liquid level detector 15 detects that the liquid level of the electrolytic solution 3 is below the lower end of the electrodes and is turned OFF, the controller 8 recognizes it and switches from the controller 8 to the switching valve 51. When the signal is output, the switching valve 51 is moved from “(x) electrolyte storage” to “(z) stop”, the power supply to the electrolyte pump 41 is cut off, the pump is stopped, and the electrolyte storage is stopped. The operation ends.

このとき電池セル11において、正負の電極は、いずれも電解液3と接触することはなくなるので、発電は停止し、また、自己放電も行われないので、完全に停止する運転停止モードとなる。図3(b)運転停止モードは、電解液貯留の動作が終了し、運転停止モードとなった時の電解液3の状況を示している。 At this time, in the battery cell 11, since the positive and negative electrodes do not come into contact with the electrolyte solution 3, the power generation is stopped and the self-discharge is not performed. The operation stop mode in FIG. 3 (b) shows the state of the electrolyte 3 when the operation of storing the electrolyte is completed and the operation stop mode is entered.

次に、発電を再開する手順について説明する。運転停止モードのとき、操作盤81で「電解液充填」を入力すると、コントローラ8から切替弁51に対して切替信号が出力されて、図3の下部の「切替弁の動作」の図で示されるように切替弁51が「(z)停止」から「(y)電解液充填」の位置に切替えられ、切替弁51の上側から入った電解液3は右方に出るようになる。 Next, a procedure for restarting power generation will be described. When “electrolyte filling” is input on the operation panel 81 in the operation stop mode, a switching signal is output from the controller 8 to the switching valve 51 and is shown in the “switching valve operation” diagram at the bottom of FIG. Thus, the switching valve 51 is switched from “(z) stop” to the position “(y) electrolyte filling”, and the electrolyte 3 entering from the upper side of the switching valve 51 comes out to the right.

すなわち、図4(c)電解液充填のフロー図に示すように、切替弁51を切り替えることによって電解液貯留タンク213の電解液出入口217と電解液冷却機構212の入口が接続され、電解液充填モードになる。電解液3は電解液冷却機構212を経由して電池セル11の電解液の入口から電池セル筐体13の内部に充填される。 That is, as shown in the flow chart of FIG. 4 (c) electrolyte filling, by switching the switching valve 51, the electrolyte inlet / outlet 217 of the electrolyte storage tank 213 and the inlet of the electrolyte cooling mechanism 212 are connected, and the electrolyte filling is performed. Become a mode. The electrolytic solution 3 is filled into the battery cell housing 13 from the inlet of the electrolytic solution of the battery cell 11 via the electrolytic solution cooling mechanism 212.

このとき、電解液貯留タンク213に貯留されていた電解液3は、電解液貯留タンク213の上部の空間に有る気体の圧力を予め適当に高めておくことで、電解液3は圧力で押し出され、電解液冷却機構212を経由して、電池セル11に流入する。電解液3がある程度電解液貯留タンクから流出しても、継続して電解液が電解液貯留タンク213より流出し、電池セルに供給されるように、タンク内は十分な圧力を維持するようにタンク内の気体の初期圧力を設定してあるので、電池セル11が高い位置にあってもその上部にある電解液入口135より電解液を充填することができるのでポンプなどの特別な移送装置は必要ない。 At this time, the electrolytic solution 3 stored in the electrolytic solution storage tank 213 is pushed out by the pressure by appropriately increasing the gas pressure in the space above the electrolytic solution storage tank 213 in advance. Then, it flows into the battery cell 11 via the electrolytic solution cooling mechanism 212. Even if the electrolyte 3 flows out of the electrolyte storage tank to some extent, the tank is maintained at a sufficient pressure so that the electrolyte continues to flow out of the electrolyte storage tank 213 and is supplied to the battery cells. Since the initial pressure of the gas in the tank is set, even if the battery cell 11 is at a high position, it can be filled with the electrolyte from the electrolyte inlet 135 at the top thereof, so a special transfer device such as a pump is used. unnecessary.

この電解液充填の動作は、電池セル11の内部の電解液3の上面が電池セル筐体13に設置された液面検出器14が設置された位置を越えて上昇したとき、液面検出器14が検出して、OFFからONに変わり、これをコントローラ8が認識して、切替弁51に切替信号を送り、切替弁51を図3の下側にある「切替弁の動作」の図の「(y)電解液充填」から「(z)停止」の位置に切り替えることによって電解液充填モードは終了する。 The electrolyte filling operation is performed when the upper surface of the electrolyte 3 inside the battery cell 11 rises beyond the position where the liquid level detector 14 installed in the battery cell housing 13 is installed. 14 is detected and changed from OFF to ON, the controller 8 recognizes this, sends a switching signal to the switching valve 51, and the switching valve 51 is shown in the “switching valve operation” diagram on the lower side of FIG. 3. By switching from “(y) electrolyte solution filling” to a position of “(z) stop”, the electrolyte solution filling mode ends.

その他の動作については、実施例1と同じであるので説明を省略する。
Since other operations are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.

第3の実施例を図によって説明する。図5はマグネシウム発電池システムの第3の全体構成図であり、図6は第3の構成の電解液のフロー図である。 A third embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a third overall configuration diagram of the magnesium battery system, and FIG. 6 is a flowchart of the electrolyte solution of the third configuration.

図5に示すように、この実施例では、電池セル11、電解液ポンプ41(本実施例でもポンプは一つしか必要ないので、単に電解液ポンプ41と称する)、生成物分離機構211、ならびに電解液冷却機構212を、記載の順にそれぞれ配管で接続して循環する環状の第1の経路を形成している点は第1の実施例と同じである。 As shown in FIG. 5, in this embodiment, the battery cell 11, the electrolyte pump 41 (only one pump is required in this embodiment, so simply called the electrolyte pump 41), the product separation mechanism 211, and The electrolyte solution cooling mechanism 212 is the same as that of the first embodiment in that an annular first path that circulates by connecting with piping in the order described is formed.

また、生成物分離機構211と電解液冷却機構212を結ぶ配管71の途中に、切替機構である切替弁51を設置してあり、その1つの出口を電解液貯留タンク213の底部に有る電解液出入口217に接続してある点は、第2の実施例と同じである。 Further, a switching valve 51 as a switching mechanism is installed in the middle of the pipe 71 connecting the product separation mechanism 211 and the electrolytic solution cooling mechanism 212, and an electrolytic solution that has one outlet at the bottom of the electrolytic solution storage tank 213. The point connected to the entrance / exit 217 is the same as in the second embodiment.

本実施例では、電解液貯留タンク213には上部に空気流通口214が有って、大気に流通しているので、電解液3が下部の電解液出入口217から出入りしても電解液貯留タンク213の内部の圧力は変わらない。 In the present embodiment, the electrolyte storage tank 213 has an air circulation port 214 in the upper part and is circulating in the atmosphere. Therefore, even if the electrolyte 3 enters and exits from the lower electrolyte inlet / outlet 217, the electrolyte storage tank The pressure inside 213 does not change.

また、図5の記載から分かる通り、電解液貯留タンク213の底部に有る電解液出入口217は、電池セル11の上部に存在する電解液の流入口より高い位置に設置される。したがって、電解液貯留タンク213より低い位置に電池セル11を配置してあるので、重力によって電解液3を電解液冷却機構212を経由して電池セル11に充填することができるので、ポンプなどの特別な移送装置は必要ない。 Further, as can be seen from the description of FIG. 5, the electrolyte solution inlet / outlet 217 at the bottom of the electrolyte solution storage tank 213 is installed at a position higher than the electrolyte solution inlet at the top of the battery cell 11. Therefore, since the battery cell 11 is disposed at a position lower than the electrolyte storage tank 213, the electrolyte cell 3 can be filled into the battery cell 11 by gravity through the electrolyte cooling mechanism 212. No special transfer device is required.

したがって、本実施例では、実施例1で存在した第2の電解液ポンプ42は必要性が無く、図11に示した実施例1のコントローラ8において電解液ポンプ42への出力が無い点を除けば、第1の実施例と同様である。 Therefore, in the present embodiment, the second electrolyte pump 42 existing in the first embodiment is not necessary, except that there is no output to the electrolyte pump 42 in the controller 8 of the first embodiment shown in FIG. That is, the same as in the first embodiment.

図6によって電解液3のフローを詳しく説明する。図6(a)に示す連続発電中モードは第1の実施例と同じである。すなわち、発電可能モード(電解液3が電池セル11、生成物分離機構211、電解液冷却機構212及びそれらを接続する配管71等に充填されて、発電可能な状態にある。)か、または発電中モード(発電可能モードで負荷が接続され、発電状態にある。)のとき、操作盤81で「電解液循環」を入力すると、コントローラ8から電解液ポンプ41への電源が出力されて運転を始め、かつ切替弁51に対する切替信号の出力により、図3の下部に切替弁の「動作の図」で示されるように切替弁51が「(z)停止」から、「(w)電解液循環」の位置に切替えられ、切替弁の下側から入った電解液3は左方に出るようになる。 The flow of the electrolytic solution 3 will be described in detail with reference to FIG. The continuous power generation mode shown in FIG. 6A is the same as that in the first embodiment. That is, the power generation is possible mode (the electrolytic solution 3 is filled in the battery cell 11, the product separation mechanism 211, the electrolytic solution cooling mechanism 212, the piping 71 connecting them, and the like, and is in a state where electric power can be generated) or power generation. When “electrolyte circulation” is input on the operation panel 81 in the middle mode (the load is connected in the power generation enable mode), the power supply from the controller 8 to the electrolyte pump 41 is output and the operation is started. At the beginning, by the output of the switching signal to the switching valve 51, the switching valve 51 changes from “(z) stop” to “(w) electrolyte circulation” as shown in the “operation diagram” of the switching valve at the bottom of FIG. ”And the electrolyte 3 entering from the lower side of the switching valve comes out to the left.

これによって、生成物分離機構211の出口が電解液冷却機構212の入口に接続され、電池セル11−電解液ポンプ41−生成物分離機構211−電解液冷却機構212の第1の経路を電解液3が循環する。この状態で電池セル11に負荷が接続されると発電開始し、または負荷が接続さていると発電を継続し、負荷への電源が継続的に供給されるのは、実施例1、2と同様である。 As a result, the outlet of the product separation mechanism 211 is connected to the inlet of the electrolyte cooling mechanism 212, and the electrolyte solution passes through the first path of the battery cell 11 -electrolyte pump 41 -product separation mechanism 211 -electrolyte cooling mechanism 212. 3 circulates. In this state, power generation starts when a load is connected to the battery cell 11, or power generation is continued when a load is connected, and power is continuously supplied to the load as in the first and second embodiments. It is.

次に、連続発電中モードにあるとき、負荷を切り離して、操作盤81で「電解液貯留」を入力すると、コントローラ8から切替弁51に対して切替信号が出力されて、図3の下部に示した「切替弁の動作」の図で示されるように切替弁51が「(w)電解液循環」又は「(z)停止」から「(x)電解液貯留」の位置に切替えられ、切替弁の下側から入った電解液3は右方に出るようになる。 Next, when in the continuous power generation mode, when the load is disconnected and “electrolyte storage” is input on the operation panel 81, a switching signal is output from the controller 8 to the switching valve 51, and the lower part of FIG. The switching valve 51 is switched from the position “(w) electrolyte circulation” or “(z) stop” to the position “(x) electrolyte storage” as shown in FIG. The electrolyte 3 that has entered from the lower side of the valve comes to the right.

すなわち、切替弁51を「(x)電解液貯留」に切り替えることによって、図6(b)のフロー図の電解液貯留で示すように、生成物分離機構211の出口と電解液貯留タンク213の電解液出入口217が接続される。これにより、電解液3の流れは環状の循環する第1の経路から離れて、電解液ポンプ41によって圧送された電解液3が生成物分離機構211を経由し、さらに電解液貯留タンク213の電解液出入口217を経由して電解液貯留タンク213に移送され、貯留される。 That is, by switching the switching valve 51 to “(x) electrolyte storage”, the outlet of the product separation mechanism 211 and the electrolyte storage tank 213 are changed as shown by the electrolyte storage in the flowchart of FIG. An electrolyte outlet / inlet 217 is connected. As a result, the flow of the electrolytic solution 3 is separated from the first circulating circular path, and the electrolytic solution 3 pumped by the electrolytic solution pump 41 passes through the product separation mechanism 211 and is further electrolyzed in the electrolytic solution storage tank 213. It is transferred to the electrolyte storage tank 213 via the liquid inlet / outlet 217 and stored.

この電解液貯留の動作は、電解液3の液面が電極類の下端より上にあって、電池セル11に設置した液面検出器15がONの状態あるかぎり継続する。電解液3の液面が電極類の下端より下になり、液面検出器15がこれを検知しOFFとなると、コントローラ8がこれを認識し、切替弁に対して切替信号が出力されて切替弁51は「(z)停止」の位置となり、電解液ポンプ41への電源供給は切断されて電解液ポンプ41はその動作を停止する。 The operation of storing the electrolytic solution continues as long as the liquid level of the electrolytic solution 3 is above the lower ends of the electrodes and the liquid level detector 15 installed in the battery cell 11 is in an ON state. When the liquid level of the electrolytic solution 3 is below the lower end of the electrodes and the liquid level detector 15 detects this and turns OFF, the controller 8 recognizes this, and a switching signal is output to the switching valve to switch. The valve 51 is in the “(z) stop” position, the power supply to the electrolyte pump 41 is cut off, and the electrolyte pump 41 stops its operation.

このとき、電池セル11内で、正負の電極は電解液3に接触することがないので、発電は停止し、また、自己放電も起きないので、完全に停止し、運転停止モードとなるのは、実施例1、2と同様である。図5(b)運転停止モードは、電解液貯留の動作が終了し、運転停止モードになった時の電解液3の状況を示している。 At this time, since the positive and negative electrodes do not come into contact with the electrolyte solution 3 in the battery cell 11, the power generation is stopped and no self-discharge occurs. The same as in Examples 1 and 2. The operation stop mode in FIG. 5B shows the state of the electrolyte 3 when the operation of storing the electrolyte is completed and the operation stop mode is entered.

次に、発電を再開する手順について説明する。運転停止モードのとき操作盤81で「電解液充填」を入力すると、コントローラ8から切替弁51に対して切替信号が出力されて、図3の下部に示した「切替弁の動作」の図で示されるように切替弁51が「(z)停止」の位置から「(y)電解液充填」の位置に切替えられ、切替弁の右側から入った電解液3は左方に出るようになる。 Next, a procedure for restarting power generation will be described. When "electrolyte filling" is input on the operation panel 81 in the operation stop mode, a switching signal is output from the controller 8 to the switching valve 51, and the "switching valve operation" shown in the lower part of FIG. As shown, the switching valve 51 is switched from the “(z) stop” position to the “(y) electrolyte filling” position, and the electrolyte 3 entering from the right side of the switching valve comes to the left.

すなわち、図6(c)電解液充填モードでは切替弁51を切り替えることによって電解液貯留タンク213の電解液出入口217と電解液冷却機構212の入口が接続される。電解液貯留タンク213内の電解液3は、重力の働きにより、電解液冷却機構212を経由して電池セル11の電解液入口135から電池セル筐体13の内部に充填される。このとき、電解液3を移送するのは重力であるので、ポンプなどの電解液3移送のための特別な移送装置は必要ない。 That is, in FIG. 6C, in the electrolyte filling mode, the switching valve 51 is switched to connect the electrolyte inlet / outlet 217 of the electrolyte storage tank 213 and the inlet of the electrolyte cooling mechanism 212. The electrolytic solution 3 in the electrolytic solution storage tank 213 is filled into the battery cell housing 13 from the electrolytic solution inlet 135 of the battery cell 11 via the electrolytic solution cooling mechanism 212 by the action of gravity. At this time, since the electrolyte solution 3 is transferred by gravity, a special transfer device for transferring the electrolyte solution 3 such as a pump is not necessary.

この電解液充填の動作は、電池セル11の内部の電解液3の上面が電池セル筐体13に設置された液面検出器14のレベルを越えて上昇したとき、液面検出器14がこれを検知し、OFFからONに変わり、これをコントローラ8が認識して、切替弁51に対して切替信号を送り、「切替弁の動作」を示す図の「(z)停止」の位置に切り替えることによって終了し、発電可能モードに移行する。 The operation of filling the electrolytic solution is performed when the upper surface of the electrolytic solution 3 inside the battery cell 11 rises above the level of the liquid level detector 14 installed in the battery cell housing 13. Is detected, and the controller 8 recognizes this, sends a switching signal to the switching valve 51, and switches to the “(z) stop” position in the figure showing “switching valve operation”. The process ends and shifts to the power generation possible mode.

その他の動作については、実施例1と同じであるので、説明は省略する。
Since other operations are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.

第4の実施例を図によって説明する。本実施例は、複数の発電セルを直列に接続して高電圧の出力を実現するための構成である。図10は電池セルの直列接続の全体構成図である。すでに述べたように、マグネシウム発電池システムの構成をコスト低減のために、生成物分離機構や電解液冷却機構を、複数の電池セルで共通化しようとすると液絡という問題が発生する。本実施例は液絡の問題を解決するものである。 A fourth embodiment will be described with reference to the drawings. The present embodiment is a configuration for realizing a high voltage output by connecting a plurality of power generation cells in series. FIG. 10 is an overall configuration diagram of battery cells connected in series. As already described, in order to reduce the cost of the configuration of the magnesium battery system, a problem of liquid junction occurs when trying to share the product separation mechanism and the electrolyte cooling mechanism among a plurality of battery cells. This embodiment solves the problem of liquid junction.

図10では、図示しない電気配線により複数の電池セル11(電池セル11a〜電池セル11n)が直列に接続されていて、図示しない負荷に接続あるいは切り離しできる。図の都合で複数の電池セル11a〜11nは縦に並んでいるように書かれているが、実際には底面を同じ高さとして水平に並べて配置されている。また、電極端子を上にした姿勢で置かれている。 In FIG. 10, a plurality of battery cells 11 (battery cells 11a to 11n) are connected in series by electrical wiring (not shown) and can be connected to or disconnected from a load (not shown). For convenience of illustration, the plurality of battery cells 11a to 11n are written so as to be arranged vertically, but in actuality, they are arranged horizontally with the bottom surface at the same height. Moreover, it is placed with the electrode terminal facing up.

また、これ以降の説明に現れる各符号の中のa〜nのアルファベットは、その符号の部品、部位が対応するアルファベットの電池セル11a〜11nに関係するものであることを示している。ここでnは、電池セルが例えば14個の場合を一例として示したものであって、実際のセルの数によって、m(13個)、p(16個)他であってもよい。 In addition, alphabets a to n in the respective symbols appearing in the following description indicate that the components and parts of the symbols are related to the corresponding battery cells 11a to 11n. Here, n represents, for example, a case where there are 14 battery cells, and may be m (13), p (16), or the like depending on the actual number of cells.

それぞれの電池セル11には電解液3の入口弁61と出口弁62が備えられていて、出口弁62は、複数の電池セル11で複式接続され集約されて一つとなり、電解液ポンプ41、生成物分離機構211および電解液冷却機構212の順に接続され、電解液冷却機構212の出力側は、複数の電池セル11の入口弁61に分配されるように複式接続され、電解液3が循環する第1の経路を構成している。 Each battery cell 11 is provided with an inlet valve 61 and an outlet valve 62 for the electrolytic solution 3, and the outlet valve 62 is combined and combined into a single unit by a plurality of battery cells 11. The product separation mechanism 211 and the electrolyte solution cooling mechanism 212 are connected in this order. The output side of the electrolyte solution cooling mechanism 212 is connected in a multiple manner so as to be distributed to the inlet valves 61 of the plurality of battery cells 11, and the electrolyte solution 3 circulates. The first route is configured.

本実施例では、電解液貯留タンク213は、第3の実施例と同じに、生成物分離機構211と電解液冷却機構212の間の配管71に接続されており、また、電池セル11への電解液の充填は重力によって行われる構造である。 In the present embodiment, the electrolytic solution storage tank 213 is connected to the pipe 71 between the product separation mechanism 211 and the electrolytic solution cooling mechanism 212 as in the third embodiment, and is connected to the battery cell 11. The electrolytic solution is filled by gravity.

各出口弁62の出側には、それぞれ逆U字型管73が設置されている。逆U字型管73の頂点(U字の底の位置)には電池セル11の高さより上まで伸びる空気導通管72がつながっており、各空気導通管72は複式接続され1つに集約されて、常時は閉じられている大気解放弁63を経由して大気に解放されている。 An inverted U-shaped pipe 73 is installed on the outlet side of each outlet valve 62. An air conduction pipe 72 extending above the height of the battery cell 11 is connected to the apex of the inverted U-shaped pipe 73 (the position of the bottom of the U-shape), and each air conduction pipe 72 is connected in a multiple manner and integrated into one. Thus, the air is released to the atmosphere via the air release valve 63 that is normally closed.

入口弁61a〜61nならびに出口弁62a〜62nを絶縁物で形成して、かつ電池セル11の電解液3の通路を入口弁61ならびに出口弁62で遮断することによって、基本的には同時に電気的にも遮断することができる。しかし、入口弁61ならびに出口弁62において、それぞれ弁の入側と出側は距離的に近接しており、弁機構の隙間を通る電流リークにより通電するおそれがある。本発明では、電解液の通路の途中に電解液の存在しない部分を設けて、前後の電解液間に十分な離隔距離を取ることによって、複数電池セル内の電解液を完全に電気的絶縁を取るように工夫したものである。 The inlet valves 61a to 61n and the outlet valves 62a to 62n are formed of an insulating material, and the passage of the electrolytic solution 3 of the battery cell 11 is blocked by the inlet valve 61 and the outlet valve 62. Can also be blocked. However, in the inlet valve 61 and the outlet valve 62, the inlet side and the outlet side of the valve are close to each other in distance, and there is a risk of energization due to current leakage through the gap of the valve mechanism. In the present invention, by providing a part where the electrolyte does not exist in the middle of the electrolyte passage, and providing a sufficient separation distance between the front and rear electrolytes, the electrolytes in the plurality of battery cells are completely electrically insulated. It is devised to take.

すなわち、ある瞬間においては複数の電池セルの内の多くても1つが電解液の第1の経路に接続されていて、他の電池セルは、電解液のない部分によって第1の経路からは電気的に切り離されており、その結果、全ての電池セルの電解液は発電中は常にお互いに電気的に絶縁されている。したがって、液絡を発生することなく直列接続で発電運転ができる。 That is, at a certain moment, at least one of the plurality of battery cells is connected to the first path of the electrolytic solution, and the other battery cells are electrically connected from the first path by the portion without the electrolytic solution. As a result, the electrolytes of all battery cells are always electrically isolated from one another during power generation. Therefore, power generation operation can be performed in series connection without generating a liquid junction.

図10は、第1の電池セル11aだけが電解液の循環する第1の経路に接続されていて、他の電池セル11b〜11nは電解液の循環する第1の経路からは切り離されている状態を示している。すなわち、第1の電池セル11aの入口弁61aならびに出口弁62aは開となっていて、電解液3は自由に循環できる。それ以外の電池セル11b〜11nの入口弁61b〜61n、出口弁62b〜62nは全て閉となっている。 In FIG. 10, only the first battery cell 11a is connected to the first path through which the electrolytic solution circulates, and the other battery cells 11b to 11n are disconnected from the first path through which the electrolytic solution circulates. Indicates the state. That is, the inlet valve 61a and the outlet valve 62a of the first battery cell 11a are open, and the electrolytic solution 3 can be freely circulated. The other inlet cells 61b to 61n and outlet valves 62b to 62n of the battery cells 11b to 11n are all closed.

第1の電池セル11a以外の電池セル11b〜11nにおいては、入口弁61b〜61nの電池セル側の弁口と電池セル11b〜11nの電解液3のそれぞれの上面との間に電解液の存在しない空間を設け、さらに出口弁62b〜62nにおいて、各電池セル11と反対側の弁口側にそれぞれ設置された逆U字型管73b〜73nの上部に電解液3の存在しない空間を設けることによって、複数の電池セル11の各電解液3は、第1の経路より電気的に完全に絶縁されていて、液絡を起こすことの無いように構成されている。 In the battery cells 11b to 11n other than the first battery cell 11a, the presence of the electrolyte solution between the valve opening on the battery cell side of the inlet valves 61b to 61n and the upper surface of the electrolyte solution 3 of the battery cells 11b to 11n. In addition, in the outlet valves 62b to 62n, a space in which the electrolyte 3 does not exist is provided above the inverted U-shaped tubes 73b to 73n respectively installed on the valve ports opposite to the battery cells 11. Thus, each electrolyte solution 3 of the plurality of battery cells 11 is configured to be electrically insulated from the first path and not to cause a liquid junction.

この状態で、第1の電池セル11aの電解液3は、第1の経路を流れることはできるが、第1の経路は電解液としては、他の電池セル11b〜11nとは繋がっていない。したがって、第1の電池セル11aは、第3の実施例と同じく単独で循環する第1の経路を構成している状態にあるので、液絡の発生しない状態で、電池セル11aの電解液3は環状の第1の経路を循環して、電解液中の生成物を分離し、また電解液自身を冷却することできる。 In this state, the electrolytic solution 3 of the first battery cell 11a can flow through the first path, but the first path is not connected to the other battery cells 11b to 11n as the electrolytic solution. Therefore, since the first battery cell 11a is in a state that constitutes the first path that circulates in the same manner as in the third embodiment, the electrolyte solution 3 of the battery cell 11a does not generate a liquid junction. Can circulate through the first annular path to separate the product in the electrolyte and to cool the electrolyte itself.

第1の電池セル11aの電解液3の電解液中の生成物の濃度を十分に下げ、また電解液の温度を十分に低温にして、当該の処理が終わったとき、第1の電池セル11aを電解液の循環する第1の経路から切り離したうえで、第2の電池セル11bを第1の経路に接続して、これまで電池セル11aからの電解液について処理を行っていた生成物分離機構211や電解液冷却機構212をそのまま利用して、第2の電池セル11bからの電解液3を処理することができる。 When the concentration of the product in the electrolytic solution 3 of the first battery cell 11a is sufficiently lowered, and the temperature of the electrolytic solution is sufficiently lowered, and the treatment is completed, the first battery cell 11a Is separated from the first path through which the electrolyte circulates, and then the second battery cell 11b is connected to the first path, and the product separation that has been performed on the electrolyte from the battery cell 11a so far By using the mechanism 211 and the electrolyte cooling mechanism 212 as they are, the electrolyte 3 from the second battery cell 11b can be processed.

このように、生成物分離機構211や電解液冷却機構212を複数の電池セル11a〜11nで時分割して使用することができる。図16は、複数個の電池セル11a〜11nを直列に接続し、各電池セル11内の電解液を順に処理するタイミングチャートである。 Thus, the product separation mechanism 211 and the electrolyte solution cooling mechanism 212 can be used in a time-sharing manner with the plurality of battery cells 11a to 11n. FIG. 16 is a timing chart in which a plurality of battery cells 11a to 11n are connected in series and the electrolytic solution in each battery cell 11 is sequentially processed.

図16の電解液循環の欄に示した複数の電池セル11a〜11nの時間軸上において、パルス状に立ち上がっている個所が、当該電池セル11の電解液を処理している時間txを示している。時間tw毎に1つの電池セルの電解液の処理が行われる。1つの電池セルの電解液を処理するのに必要な時間はtx(tx<tw)である。1つの電池セルの電解液の処理が終了すると、次の電池セルの処理が始まる。最終の電池セル11nの電解液の処理が終わると、1番目の電池セル11aに戻って、最初に1番目について処理を始めた時から時間T(T>14tw、電池セルが11a〜11nの14個の場合)だけ経過すると一番目の電池セル11aより、同じように電解液処理を繰り返し開始する。 On the time axis of the plurality of battery cells 11a to 11n shown in the column of electrolytic solution circulation in FIG. 16, the portions rising in a pulse form indicate the time tx during which the electrolytic solution of the battery cell 11 is processed. Yes. Processing of the electrolyte solution of one battery cell is performed every time tw. The time required to process the electrolyte of one battery cell is tx (tx <tw). When the processing of the electrolyte solution of one battery cell is completed, the processing of the next battery cell starts. When the processing of the electrolytic solution of the final battery cell 11n is finished, the process returns to the first battery cell 11a, and the time T (T> 14tw, 14 of the battery cells 11a to 11n from the time when the first processing is started first. In the case of a single cell), the electrolytic solution treatment is repeated in the same manner from the first battery cell 11a.

ここで、時間txは時間twより短くなるように、かつ14tw(電池セル11a〜11nの場合)はTより短くなるように生成物分離機構211や電解液冷却機構212の処理能力を決定することが重要であることは言うまでもない。このようにして複数個の電池セルが直列に接続された構成であっても、順次電解液の生成物分離、冷却を担うことで、途中で止まることなく発電を継続することができる。 Here, the processing capacity of the product separation mechanism 211 and the electrolyte cooling mechanism 212 is determined so that the time tx is shorter than the time tw and 14tw (in the case of the battery cells 11a to 11n) is shorter than T. Needless to say, is important. Thus, even if it is the structure by which the some battery cell was connected in series, electric power generation can be continued without stopping on the way by carrying out product separation and cooling of electrolyte solution one by one.

これを、図13〜15のシーケンスチャートを参照しながら、先に述べたように電解液の通路の途中で電解液3が存在しない空間を得る手順を詳しく説明する。図10で示す第1の電池セル11aのように電解液3が循環している状態から始めるものとする。 This will be described in detail with reference to the sequence charts of FIGS. 13 to 15 in order to obtain a space in which the electrolytic solution 3 does not exist in the middle of the electrolytic solution passage as described above. It is assumed that the electrolytic solution 3 is circulated like the first battery cell 11a shown in FIG.

図14は運転中(発電中かつ電解液循環モード)のシーケンスチャートを示したものである。枠外にシーケンス番号S01と付記してある個所で、電池セル11aの入口弁61aならびに出口弁62aを開くと、電解液ポンプ41は既に起動してあるので、電解液3は第1の経路において循環を開始する。電解液3を生成物分離機構並びに電解液冷却機構で必要な処理する完了する時間txが経過する(S02、YES)と、入口弁61aを閉じて、同時に切替弁を「(x)電解液貯留」の位置とする(S03)。 FIG. 14 is a sequence chart during operation (power generation and electrolyte circulation mode). When the inlet valve 61a and the outlet valve 62a of the battery cell 11a are opened at the place where the sequence number S01 is added outside the frame, the electrolyte pump 41 is already activated, so that the electrolyte 3 circulates in the first path. To start. When the time tx for completing the processing required for the electrolytic solution 3 by the product separation mechanism and the electrolytic solution cooling mechanism elapses (S02, YES), the inlet valve 61a is closed and the switching valve is simultaneously set to “(x) electrolytic solution storage”. ”(S03).

電解液の液面が下がり液面検出器14aがOFFになる(S04、YES)と、出口弁62aを閉じる。このとき、入口弁61aと液面の間に電解液3の存在しない空間が生じて、その結果電池セル11aの電解液3と入口弁61aとの間の絶縁が確立する。 When the liquid level of the electrolytic solution falls and the liquid level detector 14a is turned off (S04, YES), the outlet valve 62a is closed. At this time, a space where the electrolyte 3 does not exist is formed between the inlet valve 61a and the liquid surface, and as a result, insulation between the electrolyte 3 of the battery cell 11a and the inlet valve 61a is established.

その後、大気解放弁63を短時間だけ開いて、閉じる(S06)。大気解放弁63を閉じるとき、同時に切替弁51を「(w)電解液循環」の位置に切り替える(S07)。このとき、逆U字型管73の図で右側の部分の内部に有る電解液3が電解液ポンプ41の吸引力により、抜き取られて、逆U字型管73の図で左側の部分の電解液3の間に電解液3の存在しない空間が生じる。その結果電池セル11aの電解液3は、この逆U字型管に生じた空間によって、他の電池セル11b〜11nの電解液3との絶縁が確立する。 Thereafter, the atmosphere release valve 63 is opened and closed for a short time (S06). When the air release valve 63 is closed, the switching valve 51 is simultaneously switched to the position “(w) electrolyte circulation” (S07). At this time, the electrolytic solution 3 inside the right portion in the figure of the inverted U-shaped tube 73 is extracted by the suction force of the electrolyte pump 41, and the left portion in the diagram of the inverted U-shaped tube 73 is electrolyzed. A space in which the electrolytic solution 3 does not exist is formed between the liquids 3. As a result, insulation of the electrolyte 3 of the battery cell 11a from the electrolyte 3 of the other battery cells 11b to 11n is established by the space generated in the inverted U-shaped tube.

以上で電池セル11aの内部の電解液の処理を終り、電池セル11aの処理を開始して時間ttwが経過すると、次の第2の電池セル11bの処理に移行する。全ての電池セル11の電解液3の処理を終ったあと、第1の電池セル11aの処理を開始してから時間Tを経過するのを待って、再び第1の電池セル11aの処理を開始する。この手順を繰り返すことで、発電を継続することができる。 When the processing of the electrolytic solution inside the battery cell 11a is finished and the processing of the battery cell 11a is started and the time tw has elapsed, the process proceeds to the next processing of the second battery cell 11b. After the processing of the electrolytic solution 3 of all the battery cells 11 is finished, the processing of the first battery cell 11a is started again after waiting for the time T to elapse after the processing of the first battery cell 11a is started. To do. By repeating this procedure, power generation can be continued.

次に、発電を止めて電解液3を貯留する場合の手順を図15のシーケンスチャートに沿って説明する。まず、マグネシウム発電池システムに接続されている負荷を切り離す。切替弁51を「(x)電解液貯留」の位置に切り替えて、それと同時にそのときに開いている入口弁61を閉じ(すべての入口弁が閉じられることになる)、全ての出口弁62を開く。電解液3は第1の経路を循環するのを停止して、電解液貯留タンク213へ向かう第2の経路に向かう。 Next, the procedure for stopping the power generation and storing the electrolyte 3 will be described with reference to the sequence chart of FIG. First, the load connected to the magnesium battery system is disconnected. The switching valve 51 is switched to the position “(x) electrolyte storage”, and at the same time, the inlet valves 61 that are open at that time are closed (all the inlet valves are closed), and all the outlet valves 62 are turned on. open. The electrolytic solution 3 stops circulating through the first path, and proceeds to the second path toward the electrolytic solution storage tank 213.

この手順は、どの電池セルにおいて電解液の処理中であっても開始できる。図16に示したタイミングチャートでは電池セル11nのひとつ前の電池セル11mの処理中に貯留の動作が開始されている。 This procedure can be started in any battery cell during treatment of the electrolyte. In the timing chart shown in FIG. 16, the storing operation is started during the processing of the battery cell 11m immediately before the battery cell 11n.

全ての電池セル11内の電解液3の液面が徐々に低下するので、液面検出器15の位置まで下がってきて各液面検出器15a〜15nの出力がOFFになったら、対応する各電池セル11の出口弁62a〜62nを個々に素早く閉じる。全ての液面検出器15a〜15nがOFFになったとき、電解液貯留モードは終了するので、電解液ポンプを停止、切替弁51を「(z)停止」の位置に切り替える。 Since the liquid level of the electrolyte solution 3 in all the battery cells 11 is gradually lowered, when the output of each of the liquid level detectors 15a to 15n is turned OFF after the level of the liquid level detector 15 is lowered, The outlet valves 62a to 62n of the battery cell 11 are each quickly closed individually. When all the liquid level detectors 15a to 15n are turned off, the electrolytic solution storage mode is ended. Therefore, the electrolytic solution pump is stopped, and the switching valve 51 is switched to the “(z) stop” position.

次に、発電に備えて電池セル11に電解液3を充填する場合の手順を図13のシーケンスチャートに沿って説明する。まず、全ての入口弁61a〜61nを開き、同時に切替弁51を「(z)停止」より「(y)電解液充填」の位置に切り替える。電解液貯留タンク213に貯留されていた電解液3は重力によって、電解液冷却機構212を通過して各電池セル11に流入する。 Next, a procedure for filling the battery cell 11 with the electrolyte 3 in preparation for power generation will be described with reference to the sequence chart of FIG. First, all the inlet valves 61a to 61n are opened, and at the same time, the switching valve 51 is switched from the “(z) stop” to the “(y) electrolyte filling” position. The electrolytic solution 3 stored in the electrolytic solution storage tank 213 passes through the electrolytic solution cooling mechanism 212 and flows into each battery cell 11 by gravity.

図16の「電池セル内の電解液容量」で見て取れるように、各電池セル11a〜11n内の電解液3の液面が徐々に上昇する。液面検出器14の位置まで上がってきて、各液面検出器14a〜14nの出力がONになったら、電池セル11の各入口弁61a〜61nを個々に閉じる。全ての液面検出器14a〜14nがONになったとき切替弁を「(z)停止」の位置に切り替える。 As can be seen from “electrolyte capacity in battery cell” in FIG. 16, the liquid level of the electrolyte solution 3 in each of the battery cells 11 a to 11 n gradually rises. When the level of the liquid level detector 14 rises and the outputs of the level detectors 14a to 14n are turned on, the inlet valves 61a to 61n of the battery cell 11 are individually closed. When all the liquid level detectors 14a to 14n are turned on, the switching valve is switched to the “(z) stop” position.

次に、電池セル11に電解液3が充填されているとき、発電を開始する手順を図14のシーケンスチャートの前半に沿って説明する。まず、電解液ポンプ41を起動する。続いて、切替弁51を「(w)電解液循環」の位置に切り替える。続いて、負荷を接続する。その後は、既に説明したS01のステップ以降に従って、各電池セル11a〜11nの電解液3の処理を順に開始する。 Next, a procedure for starting power generation when the battery cell 11 is filled with the electrolytic solution 3 will be described along the first half of the sequence chart of FIG. First, the electrolyte pump 41 is activated. Subsequently, the switching valve 51 is switched to the position “(w) electrolyte circulation”. Subsequently, a load is connected. Thereafter, the processing of the electrolytic solution 3 of each of the battery cells 11a to 11n is sequentially started in accordance with the steps after S01 already described.

ここで説明した直列に接続したマグネシウム発電池システムの動作は図12に示すコントローラによって自動制御が可能である。図11に示した電池セルが1個の場合のコントローラとのハードウェアの差は、液面検出器からの入力ならびに入口弁、出口弁への出力が、電池セルの数量に合わせて複数個(本実施例では14個)になっている点である。ソフトウェアの差は、上記で説明した、複数の電池セルで生成物分離機構と電解液冷却機構を時分割で使用するためのロジックが追加されている点である。 The operation of the magnesium battery system connected in series described here can be automatically controlled by the controller shown in FIG. The difference in hardware from the controller when there is one battery cell shown in FIG. 11 is that there are a plurality of inputs from the liquid level detector and outputs to the inlet and outlet valves in accordance with the number of battery cells ( In this embodiment, the number is 14). The difference in software is that the logic for using the product separation mechanism and the electrolyte cooling mechanism in a time division manner in a plurality of battery cells as described above is added.

その他の点は実施例3と同じである。このようにして、複数の電池セルが同じポンプ、生成物分離機構および電解液冷却機構を時分割的に共用することができ、簡素な構成が実現できた。 The other points are the same as in the third embodiment. In this way, a plurality of battery cells can share the same pump, product separation mechanism and electrolyte cooling mechanism in a time-sharing manner, and a simple configuration can be realized.

第4の実施例は、電解液貯留タンクが生成物分離機構と電解液冷却機構の間に設置されている実施例3と同じとして説明したが、実施例1あるいは実施例2と同じとしても、複数の電池セル11a〜11nの電解液の入口弁の入口を複式接続した一つに集約して、電解液冷却機構212の出口に接続し、かつ逆U字型管の出口を複式接続して一つに集約して電解液ポンプ41に接続し、使用する電解液貯留タンクの特性に合った制御ロジックとすれば、同様に適用できる。 The fourth embodiment has been described as the same as the third embodiment in which the electrolyte storage tank is installed between the product separation mechanism and the electrolyte cooling mechanism, but even if the same as the first embodiment or the second embodiment, The inlets of the electrolyte inlet valves of the plurality of battery cells 11a to 11n are combined into one connected in a double connection, connected to the outlet of the electrolyte cooling mechanism 212, and the outlet of the inverted U-shaped pipe is connected in a multiple connection. If the control logic is integrated into one and connected to the electrolyte pump 41 to match the characteristics of the electrolyte storage tank to be used, it can be similarly applied.

また、入口弁、出口弁ならびに逆U字型管を一体とするマニホールド型に集約して小型化することができる。 Further, the inlet valve, the outlet valve, and the inverted U-shaped pipe can be integrated into a manifold type for miniaturization.

また、大気圧の代わりに適宜な空気圧源と空気弁を利用して、空気導通管に置換えることができる。 Moreover, it can replace with an air conduction pipe | tube using an appropriate air pressure source and an air valve instead of atmospheric pressure.

また、電解液貯留タンクを2台設置すれば、第1のタンクを未処理の電解液の貯留用としておき、第2のタンクには処理済みで温度の低い電解液を貯留しておき、1つづつの電池セルから生成物で汚損された電解液を抜き取って第1のタンクに貯留してから、処理済みの電解液を第2のタンクから電池セルに充填するサイクルを行って発電し、一方、発電とは無関係に第1のタンクの電解液を処理して、第2のタンクに貯留することができる。この分離運転方法によれば全体のサイクルタイムTを短縮することができる。または、生成物分離機構ならびに電解液冷却機構の処理能力を小さくできる。
If two electrolytic solution storage tanks are installed, the first tank is used for storing unprocessed electrolytic solution, and the processed and low temperature electrolytic solution is stored in the second tank. The electrolytic solution contaminated with the product is extracted from each battery cell and stored in the first tank, and then the cycle is performed to fill the battery cell with the treated electrolytic solution from the second tank. Regardless of the power generation, the electrolyte in the first tank can be processed and stored in the second tank. According to this separation operation method, the entire cycle time T can be shortened. Alternatively, the throughput of the product separation mechanism and the electrolyte cooling mechanism can be reduced.

電解液の貯留、充填をすることにより、発電したり停止したりすることのできるマグネシウム発電池システムとして利用できる。電池の活物質であるマグネシウムは、還元して再使用できる循環型エネルギー資源として利用できる。
By storing and filling the electrolytic solution, it can be used as a magnesium battery system that can generate power or stop. Magnesium, which is an active material of a battery, can be used as a recyclable energy resource that can be reduced and reused.

1 マグネシウム発電池システム
11 電池セル
111 正極
112 良導体
113 活性炭
114 多孔体
121 負極
122 マグネシウム合金
13 電池セル筐体
131 空気穴
132 ガス放出口
133 空気流通口
134 空気弁
135 電解液入口
136 電解液出口
14 液面検出器
15 液面検出器
21 電解液処理モジュール
211 生成物分離機構
212 電解液冷却機構
213 電解液貯留タンク
214 空気流通口
215 電解液入口
216 配管
217 電解液出入口
3 電解液
41 第1の電解液ポンプ
42 第2の電解液ポンプ
51 切替弁
61 入口弁
62 出口弁
63 大気解放弁
64 逆止弁
71 配管
72 空気導通管
73 逆U字型管
8 コントローラ
81 操作盤
9 燃料電池
911 ガス流入口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnesium battery generation system 11 Battery cell 111 Positive electrode 112 Good conductor 113 Activated carbon 114 Porous body 121 Negative electrode 122 Magnesium alloy 13 Battery cell housing 131 Air hole 132 Gas discharge port 133 Air distribution port 134 Air valve 135 Electrolyte inlet 136 Electrolyte outlet 14 Liquid level detector 15 Liquid level detector 21 Electrolyte treatment module 211 Product separation mechanism 212 Electrolyte cooling mechanism 213 Electrolyte storage tank 214 Air flow port 215 Electrolyte inlet 216 Pipe 217 Electrolyte inlet / outlet 3 Electrolyte 41 First Electrolyte pump 42 Second electrolyte pump 51 Switching valve 61 Inlet valve 62 Outlet valve 63 Atmospheric release valve 64 Check valve 71 Pipe 72 Air conduction pipe 73 Reverse U-shaped pipe 8 Controller 81 Operation panel 9 Fuel cell 911 Gas flow entrance

Claims (5)

電池セル、生成物分離機構、電解液冷却機構、電解液貯留タンク、1以上の電解液ポンプ、切替機構、ならびにこれらを接続する複数の配管と電解液を構成要素とし、
該電池セルは、正極となる活性炭層、良導体層ならびに空気を取り入れる多孔体層をこの順にならべて一体化し、負極となるマグネシウム層と対向させ、一括して筐体に収めたものであり、
該生成物分離機構は、該電池セルが発電するときに発生する水酸化マグネシウム等の生成物および廃棄物を、電解液が循環するとき、該電解液から分離し、
該電解液冷却機構は、該電池セルが発電するときの発熱によって昇温した該電解液が循環するとき、その温度を適正な温度まで冷却し、
該電解液貯留タンクは該電池セルが発電するときに必要な所定量に等しい量以上の該電解液を貯留することができ、
該電池セル、第1の該電解液ポンプ、該生成物分離機構、該電解液冷却機構ならびに該切替機構を該配管で接続して該電解液が循環する環状の第1の経路の構成要素となし、
該第1の電解液ポンプの電解液送出側で、該切替機構によって、環状の該第1の経路から離れて該電解液貯留タンクへ該電解液を導くことができる分岐路を形成して第2の経路となし、
システム内の該電解液がほぼすべて該電解液貯留タンクに移送・貯留され、該電池セルには発電に必要な量の該電解液が存在せず発電運転が行なえない運転停止モードと、
該第1の経路内を該電解液が循環していないが、該電池セルに発電に必要な所定量の該電解液が存在し、該電池セルの両極に負荷を接続さえすれば、直ちに発電を開始できる発電可能モードと、
該第1の経路内を該電解液が循環していないが、該電池セルに発電に必要な所定量の該電解液が存在し、該電池セルの両極に負荷が接続され、発電し、接続された該負荷に電気を供給している発電中モードと、
該第1の経路内を該電解液が循環し、それによって該電池セル内を発電に必要な所定量の該電解液が循環し、該生成物分離機構及び該電解液冷却機構により循環する該電解液に対し該生成物分離と該冷却処理を行い、該電池セルの両極に負荷を接続さえすれば、直ちに発電を開始できる連続発電可能モードと、
該第1の経路内を該電解液が循環し、それによって該電池セル内を発電に必要な所定量の該電解液が循環し、該生成物分離機構及び該電解質冷却機構により循環する該電解液に対し該生成物分離と該冷却処理を行い、該電池セルの両極に負荷が接続され、発電開始し、接続された該負荷に電気を供給している連続発電中モードとの5つのモードを有し、
運転停止モードにおいて、該電解液貯留タンクに貯留されている該電解液を該電解液貯留タンクより該第1の経路の構成要素のすべてを充填するように誘導し、該電池セルを発電に必要な所定量の該電解液で充填することによって、該電池セルの両極に負荷を接続さえすれば、発電のための化学反応が可能な該発電可能モードに状態遷移することができ、
また逆に、該発電可能モードにおいて、該第1の経路の構成要素である該電池セルに充填されていた該電解液を、該第1の経路から分岐した該第2の経路を通じて、該電解液貯留タンクに移送・貯留し、各該電池セル内の該電解液を空することによって、発電のための化学反応が不可能な該運転停止モードに遷移させることができ、
さらにまた、該発電可能モードにおいて該電池セルの両極に負荷を接続することによって、発電を開始し、接続された該負荷に電力を供給する該発電中モードに遷移させることができ、
また逆に、該発電中モードにおいて該電池セルの両極より負荷を切り離すことによって、発電を停止し、負荷を接続すればいつでも、発電開始可能な該発電可能モードに状態遷移させることができ、
さらにまた、発電中モードにおいて、該第1の電解液ポンプを動作させて該電解液を該第1の経路を循環させることによって、該電解液に対して該生成物分離機構ならびに該電解液冷却機構により該生成物分離ならびに該冷却処理を施す連続発電中モードに状態遷移させることができ、
また逆に、該連続発電中モードにおいて、該第1の電解液ポンプを停止し該電解液が該第1の経路を循環することを停止することによって、該電解液に対して該生成物分離並び該冷却処理を行わない該発電中モードに状態遷移させることができ、
さらにまた、該連続発電中モードにおいて、該電池セルの両極から負荷を切り離すことによって、発電を停止し、負荷を接続すればいつでも発電開始可能な連続発電可能モードに状態遷移させることができ、
また逆に、連続発電可能モードにおいて、該電池セルの両極に負荷を接続することによって、該連続発電中モードに状態遷移させることができ、
さらにまた、該連続発電可能モードにおいて、該第1の電解液ポンプを停止し、該電解液が該第1の経路を循環するのを停止することによって、該電解液に対する該生成物分離並びに該冷却処理を行わない該発電可能モードに状態遷移させることができ、
また逆に、該発電可能モードにおいて、該第1の電解液ポンプを動作させて該電解液を該第1の経路を循環させることによって、該電解液に対し該生成物分離並びに冷却処理を行う連続発電可能モードに状態遷移させることができ、
該5つの各モードにおいて適宜状態遷移させることによって、発電の開始・停止及び運転停止を行うことを特徴とするマグネシウム発電池システム。
A battery cell, a product separation mechanism, an electrolyte cooling mechanism, an electrolyte storage tank, one or more electrolyte pumps, a switching mechanism, and a plurality of pipes and electrolytes that connect them as constituent elements,
The battery cell is an activated carbon layer that serves as a positive electrode, a good conductor layer, and a porous body layer that takes in air in this order, is opposed to a magnesium layer that serves as a negative electrode, and is collectively housed in a housing.
The product separation mechanism separates products and waste such as magnesium hydroxide generated when the battery cell generates power from the electrolyte when the electrolyte circulates,
The electrolyte cooling mechanism, when the electrolyte heated up by heat generated when the battery cells generate electricity circulates, cools the temperature to an appropriate temperature,
The electrolytic solution storage tank can store the electrolytic solution in an amount equal to or more than a predetermined amount required when the battery cell generates power,
The battery cell, the first electrolyte pump, the product separation mechanism, the electrolyte cooling mechanism, and the switching mechanism are connected by the pipes, and the components of the annular first path through which the electrolyte circulates None,
On the electrolyte delivery side of the first electrolyte pump, the switching mechanism forms a branch path that can guide the electrolyte away from the annular first path to the electrolyte storage tank. 2 routes and none,
An operation stop mode in which almost all of the electrolyte in the system is transferred and stored in the electrolyte storage tank, and the battery cell does not have an amount of the electrolyte necessary for power generation and cannot perform power generation operation;
Although the electrolyte does not circulate in the first path, the battery cell has a predetermined amount of the electrolyte necessary for power generation, and as long as a load is connected to both electrodes of the battery cell, power generation is immediately performed. Power generation possible mode,
The electrolyte does not circulate in the first path, but a predetermined amount of the electrolyte necessary for power generation exists in the battery cell, and loads are connected to both electrodes of the battery cell to generate power and connect A generating mode in which electricity is supplied to the generated load;
The electrolyte circulates in the first path, whereby a predetermined amount of the electrolyte necessary for power generation circulates in the battery cell, and circulates by the product separation mechanism and the electrolyte cooling mechanism. Performing the product separation and the cooling treatment on the electrolyte, and by connecting a load to both electrodes of the battery cell, continuous power generation capable of immediately starting power generation,
The electrolyte circulates in the first path, whereby a predetermined amount of the electrolyte necessary for power generation circulates in the battery cell, and circulates by the product separation mechanism and the electrolyte cooling mechanism. 5 modes including continuous power generation mode in which the product is separated from the liquid and the cooling process is performed, loads are connected to both electrodes of the battery cell, power generation is started, and electricity is supplied to the connected loads. Have
In the shutdown mode, induce electrolytic solution stored in the electrolytic liquid storage tank so as to fill all of the components of the first path from the electrolytic liquid storage tank, the generation of the battery cell By charging with the required amount of the electrolyte solution, as long as a load is connected to both electrodes of the battery cell, the state transition can be made to the power generation possible mode in which a chemical reaction for power generation is possible,
On the other hand, in the power generation possible mode, the electrolytic solution filled in the battery cell that is a component of the first path is passed through the second path branched from the first path. By transferring and storing in a liquid storage tank and emptying the electrolyte in each battery cell, it is possible to transition to the operation stop mode in which a chemical reaction for power generation is impossible,
Furthermore, by connecting a load to both poles of the battery cell in the power generation possible mode, it is possible to start power generation and transition to the power generation mode for supplying power to the connected load,
Conversely, by disconnecting the load from both electrodes of the battery cell in the power generation mode, the power generation is stopped, and whenever the load is connected, the state can be changed to the power generation possible mode in which power generation can be started.
Furthermore, in the power generation mode, the product separation mechanism and the electrolyte cooling are performed with respect to the electrolyte by operating the first electrolyte pump to circulate the electrolyte through the first path. The state can be changed to the continuous power generation mode in which the product separation and the cooling treatment are performed by a mechanism,
Conversely, in the continuous power generation mode, the first electrolyte pump is stopped to stop the electrolyte from circulating through the first path, thereby separating the product from the electrolyte. It is possible to make a state transition to the power generation mode without performing the cooling process,
Furthermore, in the continuous power generation mode, by disconnecting the load from both poles of the battery cell, the power generation is stopped, and the state transition can be made to the continuous power generation capable mode where the power generation can be started at any time by connecting the load,
Conversely, in the continuous power generation possible mode, by connecting a load to both poles of the battery cell, the state can be changed to the continuous power generation mode,
Furthermore, in the continuous power generation possible mode, the first electrolytic solution pump is stopped, and the electrolytic solution is stopped from circulating through the first path, thereby separating the product from the electrolytic solution as well as the electrolytic solution. It is possible to make a state transition to the power generation possible mode without performing the cooling process,
Conversely, in the power generation possible mode, the product is separated and cooled by operating the first electrolyte pump and circulating the electrolyte through the first path. State transition to continuous power generation possible mode,
A magnesium battery system, wherein power generation is started / stopped and operation stopped by appropriately changing the state in each of the five modes.
請求項1に示したマグネシウム発電池システムであって、
該第1ならびに第2の経路を形成するための該切替機構が切替弁であって、
該電解液貯留タンクは該電解液の入口と出口を個別に備えており、
該入口は該切替弁に接続され、
該出口は第2の電解液ポンプを経由して、該第1の経路の該切替弁と該電解液冷却機構を接続する配管に接続されており、
該電解液の貯留時は該第1の電解液ポンプによって、該第1の経路の途中から分岐する該第2の経路を経由して該電解液貯留タンクに移送され、
該電解液の充填時は、該電解液貯留タンクの出口から該第2の電解液ポンプによって、該電解液が該第1の経路に戻されて、該電池セル以下の該第1の経路の該構成要素に充填されることを特徴とするマグネシウム発電池システム。
The magnesium battery system according to claim 1,
The switching mechanism for forming the first and second paths is a switching valve;
The electrolyte storage tank has an inlet and an outlet for the electrolyte separately,
The inlet is connected to the switching valve;
The outlet is connected to a pipe connecting the switching valve and the electrolyte cooling mechanism of the first path via a second electrolyte pump,
When the electrolyte is stored, it is transferred to the electrolyte storage tank by the first electrolyte pump via the second path branched from the middle of the first path,
At the time of filling the electrolyte, the electrolyte is returned to the first path from the outlet of the electrolyte storage tank by the second electrolyte pump, and the first path below the battery cell is returned to the first path. The magnesium battery system, wherein the component is filled.
請求項1に示したマグネシウム発電池システムであって、
該第1ならびに第2の経路を形成するための該切替機構が切替弁であって、
該電解液貯留タンクは該電解液の唯一の出入口を底部に備えており、かつ上部が密閉されていて、
該出入口は、該第1の電解液ポンプの電解液送出側に配置された該切替弁に接続され、
該電解液の貯留時は該電解液ポンプの圧送によって、該切替弁により該第1の経路より分岐する該第2の経路を通って、該電解液貯留タンクの上部に形成される空間に蓄積された気体の圧力に抗して該電解液が該電解液貯留タンクに押し込まれ、
該電解液の充填時は、前記の気体の圧力で、該電解液が該電解液貯留タンクから該第2の経路を通って、該第1の経路に戻されて該第1の経路を構成する該構成要素のすべてに充填されることを特徴とするマグネシウム発電池システム。
The magnesium battery system according to claim 1,
The switching mechanism for forming the first and second paths is a switching valve;
The electrolyte storage tank has a single inlet / outlet for the electrolyte at the bottom and is sealed at the top,
The inlet / outlet is connected to the switching valve arranged on the electrolyte delivery side of the first electrolyte pump,
When the electrolytic solution is stored, the electrolytic solution is pumped and accumulated in a space formed in the upper portion of the electrolytic solution storage tank through the second path branched from the first path by the switching valve. The electrolyte is pushed into the electrolyte storage tank against the pressure of the gas formed,
At the time of filling the electrolytic solution, the electrolytic solution is returned from the electrolytic solution storage tank through the second path to the first path by the pressure of the gas to form the first path. A magnesium battery system characterized in that all of the constituent elements are filled.
請求項1に示したマグネシウム発電池システムであって、
第2の経路を形成するための該切替機構が切替弁であって、
該電解液貯留タンクは該電池セルより高い位置に設置され、該電解液の唯一の出入口を底部に備えており、
該電解液の貯留時は該電解液ポンプによって、該第1の経路から該第2の経路
を経由して該電解液が重力に抗して押し上げられて該電解液貯留タンクに貯留され、
該電解液の充填時は、該電解液貯留タンクに貯留された電解液が重力によって該第2の経路を経由して、該第1の経路に戻されて、該第1の経路の該構成要素のすべてに充填されることを特徴とするマグネシウム発電池システム。
The magnesium battery system according to claim 1,
The switching mechanism for forming the second path is a switching valve;
The electrolyte storage tank is installed at a position higher than the battery cell, and has a single inlet / outlet for the electrolyte at the bottom,
When the electrolytic solution is stored, the electrolytic solution is pushed up against gravity by the electrolytic solution pump from the first route through the second route and stored in the electrolytic solution storage tank.
At the time of filling the electrolytic solution, the electrolytic solution stored in the electrolytic solution storage tank is returned to the first route by gravity through the second route, and the configuration of the first route is set. A magnesium battery system characterized in that all of the elements are filled.
請求項1に示したマグネシウム発電池システムであって、
複数の該電池セルを備えて、電気的に直列に接続してあり、
複数の該電池セルはそれぞれ電解液の入口弁ならびに出口弁を備えており、
複数の該電池セル、該電解液ポンプ、該生成物分離機構、該電解液冷却機構を接続して該第1の経路を構成するための該配管は、該電解液冷却機構の出側より、複数の該電池セルの複数の該入口弁側において、複数の該電池セルに分配可能となるように分岐し、複数の該入口弁の入側に該分岐先がそれぞれ接続され、
また複数の該電池セルの複数の該出口弁の出側は一つの該配管に集約され、
複数の該電池セルの内、多くても一つの該電池セルの該電解液のみが該第1の経路を循環でき、残る他のすべての該電池セルのそれぞれの該第1の経路を構成する該配管又は該電池セル内に該電解液の存在しない空間を有することによって、該他の電池セルの該電解液は相互に、かつ該第1の経路中の該電解液と電気的に切り離されていることを特徴とするマグネシウム発電池システム

The magnesium battery system according to claim 1,
A plurality of the battery cells, electrically connected in series;
Each of the plurality of battery cells includes an electrolyte inlet valve and an outlet valve,
The piping for connecting the plurality of battery cells, the electrolyte pump, the product separation mechanism, and the electrolyte cooling mechanism to configure the first path is from the outlet side of the electrolyte cooling mechanism, A plurality of battery cells are branched so that they can be distributed to the plurality of battery cells, and the branch destinations are connected to the inlet sides of the plurality of inlet valves, respectively.
Also, the outlet sides of the plurality of outlet valves of the plurality of battery cells are aggregated into one pipe.
Of the plurality of battery cells, only the electrolyte solution of at most one battery cell can circulate in the first path, and constitute each first path of all the remaining battery cells. By having a space in which the electrolyte solution does not exist in the pipe or the battery cell, the electrolyte solutions of the other battery cells are electrically separated from each other and the electrolyte solution in the first path. Magnesium battery system characterized in that

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