JP5946002B2 - 注液式空気電池 - Google Patents

Description

本発明は、酸素を正極活物質として利用する空気電池に関し、とくに、使用時に電解質用液体を注入するようにした注液式空気電池に関するものである。

従来の注液式空気電池としては、空気亜鉛電池として特許文献１に記載されたものがあった。この特許文献１に記載の空気亜鉛電池は、電解質容器とバッテリスタックを備えている。電解質容器は、電解質が充填してあると共に、下方に突出する電解質排出口と、この排出口を閉塞する電解質密封フィルムを備えている。他方、バッテリスタックは、複数のカソードチューブ及びアノードチューブから成るものであって、上方に突出する電解質注入口と、この注入口内に配置した差し込み管状部を備えている。

上記の空気亜鉛電池は、バッテリ筐体に、電解質容器とバッテリスタックを上下に配置して収容し、この際、電解質容器の電解質排出口と、バッテリスタックの電解質注入口とを所定間隔をおいて相対向させた状態に保持する。この空気亜鉛電池は、電解質容器の上部を外側から押すことで、電解質容器を下降させて電解質排出口の電解質密封フィルムを電解質注入口の差し込み管状部により引き裂き、これにより電解質容器の電解液をバッテリスタックに供給して、発電を開始するものとなっている。

日本国特表２００８−５３５１５６号公報

しかしながら、上記したような従来の空気電池では、発電中において、自己放電副反応によりバッテリスタックに水素ガスが発生し、空になった電解質容器に水素ガスが流入して溜まってしまうという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、貯液タンクとセル集積体を上下に配置した注液式空気電池において、発電中に発生した水素ガスが貯液タンクに溜まるのを防ぐことができる注液式空気電池を提供することを目的としている。

本発明の注液式空気電池は、電解質用液体の収容部を有する単セルを複数配列してなり且つ夫々の収容部への注液口を上部に配置したセル集積体と、セル集積体の上側に配置され且つ電解質用液体を貯留した貯液タンクを備えている。また、注液式空気電池は、貯液タンクの下部を開放するタンク開放手段と、タンク開放手段による貯液タンクの開放部からセル集積体の各注液口に至る間に注液用の閉空間を形成するマニホルドを備えており、マニホルドが、セル集積体において発生したガスを上方に排出するためのガス抜き部を有する構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

上記の構成において、電解質用液体は、電解液そのものや、電極構造体の内部に混入させた電解質用溶質材を溶融するための液体（水）などを含むものである。

本発明の注液式空気電池は、上記構成を採用したことから、貯液タンクとセル集積体を上下に配置した注液式空気電池において、発電中に発生した水素ガスが貯液タンクに溜まるのを防ぐことができる。

本発明の注液式空気電池の第１実施形態において、注液前の状態を説明する断面図（Ａ）、及び図Ａ中のＡ−Ａ線に基づく断面図（Ｂ）である。 図１Ａ中のＢ−Ｂ線に基づく断面図（Ａ）、タンク開放手段の可動板及び開封口金を説明する平面図（Ｂ）、開封口金の拡大平面図（Ｃ）、及び側面図（Ｄ）である。 図１に示す注液式空気電池の注液後の状態を説明する断面図（Ａ）、及び図１中のＡ−Ａ線に基づく断面図（Ｂ）である。 本発明の注液式空気電池の第２実施形態を説明する断面図（Ａ）、及び図Ａ中のＢ−Ｂ線に基づく断面図（Ｂ）である。 本発明の注液式空気電池の第３実施形態を説明する断面図（Ａ）、及び図Ａ中のＢ−Ｂ線に基づく断面図（Ｂ）である。

〈第１実施形態〉
図１〜図３に示す注液式空気電池Ｃ１は、単セル１を複数配列してなるセル集積体Ｓと、セル集積体Ｓの上側に配置され且つ電解質用液体２を貯留した貯液タンクＴを備えている。また、注液式空気電池Ｃは、貯液タンクＴの下部を開放するタンク開放手段と、貯液タンクＴとセル集積体Ｓとを接続するマニホルド６を備えている。ここで、説明の都合上、図１〜図３中に示す矢印Ｐを空気流通方向とし、後記する実施形態も同様とする。

単セル１は、図１に示すように、平板状の空気極１Ａと、同じく平板状の金属負極１Ｂとの間に、電解質用液体２の収容部１Ｃを有しており、複数枚の単セル１と、これらを保持するセルフレームＦによってセル集積体Ｓを構成している。セル集積体Ｓにおける各単セル１は、図１（Ｂ）に示すように、空気流通方向Ｐに直交する方向に所定間隔をおいて配列され、隣接する単セル１同士の間に空気流路Ａｆを形成している。空気流路Ａｆには隣接する単セル同士を電気的に接続する集電体（図示せず）を形成している。このようなセル集積体Ｓは、組電池と称することもある。

フレームＦは、各単セル１の上端部及び下端部、空気流通方向Ｐの前後端部、並びに隣接する単セル１同士の上端部間を液密的（水密的）に閉塞すると共に、上端部に、各単セル１の夫々の収容部１Ｃに連通する注液口Ｈと、夫々の収容部１Ｃへの液戻り口Ｒを備えている。各注液口Ｈは空気流通方向Ｐに直交する方向に一列に配置してあり、各液戻り口Ｒも同様に一列に配置してある。

これにより、各単セル１の収容部１Ｃは、上下及び空気流通方向Ｐの前後においてフレームＦにより閉塞され、夫々の注液口Ｈ及び液戻り口Ｒにより上側のみに開放されている。このようにして、セル集積体Ｓは、電解質用液体２の収容部１Ｃを有する単セル１を複数配列してなり且つ夫々の収容部１Ｃへの注液口Ｈ及び液戻り口Ｒを上部に配置した構成になっている。

また、セル集積体Ｓは、その上部に傾斜を有しており、この実施形態では、空気流通方向Ｐの上流側を下位側とし且つ下流側を上位側とする傾斜である。そして、セル集積体Ｓは、傾斜の下位側に夫々の収容部１Ｃへの注液口Ｈを配置すると共に、傾斜の上位側に夫々の収容部１Ｃへの液戻り口Ｒを配置している。

さらに、セル集積体Ｓは、各単セル１の収容部１Ｃの上側、より具体的には空気極１Ａ、金属負極１Ｂ及び収容部１Ｃの上側で、注液口Ｈとの間に、余剰の電解質用液体２を収容する余剰保持領域９を有している。

単セル１を構成する空気極１Ａは、詳細な図示を省略したが、正極部材と、最外層に配置した液密通気部材で構成してある。正極部材は、例えば、触媒成分、及び触媒成分を担持する導電性の触媒担体を含むものである。

正極用触媒成分としては、具体的には、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、等の金属及びこれらの合金、これらの金属の酸化物、複合酸化物、硫化物、ポルフィリン型有機金属、フタロシアニン型有機金属、ＷＣ、Ｍｏ２Ｃ、カーボンブラックや活性炭などの炭素など公知のものを使用することができる。触媒成分の形状や大きさは、特に限定されるものではなく、従来公知の触媒成分と同様の形状及び大きさを採用することができる。

触媒担体は、上述した触媒成分を担持するための担体、及び触媒成分と他の部材との間での電子の授受に関与する電子伝導パスとして機能する。触媒担体としては、触媒成分を所望の分散状態で担持させるための比表面積を有し、充分な電子伝導性を有しているものであればよく、公知のカーボンを使用することができる。

液密通気部材は、電解質用液体に対して液密性を有し、且つ酸素に対して通気性を有する部材である。この液密通気部材は、電解質用液体が外部へ漏出するのを阻止し得るように、ポリオレフィンやフッ素樹脂などの撥水膜を用いており、一方、正極部材に酸素を供給し得るように多数の微細孔を有している。

単セル１を構成する金属負極１Ｂは、標準電極電位が水素より卑な金属単体又は合金から成る負極活物質を含むものである。標準電極電位が水素より卑な金属単体としては、例えば亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）などを挙げることができる。また、合金としては、これらの金属元素に１種以上の金属元素又は非金属元素を加えたものを挙げることができる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、空気電池に適用される従来公知の材料を適用することができる。

電解質用液体２は、電解液そのものや、単セル１の内部に混入させた固体の電解質を溶融するための液体（水）などを含むものである。電解液の場合には、例えば塩化カリウム、塩化ナトリウム、水酸化カリウムなどの水溶液を適用することができるが、これらに限定されるものではなく、空気電池に適用する従来公知の電解液を用いることができる。

貯液タンクＴは、筐体３に変形可能な内部タンク４を収容した構造である。この実施形態の筐体３は、やや扁平な直方体形状であり、図２（Ａ）にも示すように、底面に、フレームＦの注液口Ｈ群の上側に相対向する開口部３Ｃを有し、この開口部３Ｃに、タンク開放手段を構成する可動板５が組み付けてある。開口部３Ｃは、筐体３の底面の幅方向（空気流通方向Ｐに直交する方向）にわたる水平部と、筐体３の両側面に連続する垂直部を有している。

他方、可動板５は、開口部３Ｃの幅に対応する幅寸法と、筐体３の底面の幅よりも長い長手寸法を有する板部材であり、中央に、スリット５Ａを有している。この可動板５は、開口部３Ｃの両側の垂直部で上方移動が規制され、図１（Ａ）に示すように、筐体３の底部を貫通した状態になる。

内部タンク４は、例えば樹脂製の袋体である。この場合、使用する樹脂は、自在に変形可能なものであれば特に制限はないが、電解質用液体（電解液）２がアルカリ水溶液である場合には、少なくとも電解質用液体２と接触する部分に耐アルカリ性樹脂を用いる必要がある。具体例としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、及びテフロン（登録商標）などが挙げられる。この内部タンク４は、変形した際に破けて液漏れが起きるような材質であってはならない。

この実施形態の内部タンク４は、電解質用液体２を貯留すると共に、図１（Ａ）に示すように、筐体３の開口部３Ｃに組み付けた可動板５により、部分的に持ち上げられた状態で筐体３に収容されている。また、内部タンク４は、例えば、ベローズ状に成形したり適当な折り目を設けたりして収縮変形し易い構成にし、収縮変形した際に容積が極力小さくなる構成であることが非常に有効である。なお、上記の内部タンク４の収縮変形とは、その容積を減少させるように変形することであり、伸縮性を有する素材を必須要件としたものではない。

タンク開放手段は、この実施形態では、貯液タンクＴの内部タンク４の下部を開放する手段であって、前記可動板５、一対の電磁アクチュエータ７，７、及び複数の開封口金８により構成してある。電磁アクチュエータ７，７は、図１（Ｂ）に示すように、空気流通方向Ｐに対して筐体３の左右両側に固定してあり、下向きにした出力軸を可動板５の端部に連結して、可動板５を上昇限に保持している。

開封口金８は、図２（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、角筒状の部材であり、上端部に鋸刃状の切刃８Ａを有している。開封口金８は、セル集積体ＳのフレームＦの上面において、可動板５のスリット５Ａに対応する範囲内に複数個（図示例では５個）が直列配置してある。ここで、スリット５Ａは、先述した筐体３の開口部３Ｃと可動板５との位置関係により、フレームＦの注液口Ｈ群の範囲内にある。また、開封口金８は、切刃８Ａが可動板５の上面よりも下位側に位置している。この際、内部タンク４は、先述の如く可動板５により部分的に持ち上げられているので、開封口金８の切刃８Ａとは離間している。なお、図１（Ｂ）には、一部の開封口金８のみを拡大して図示している。

上記のように、注液式空気電池Ｃ１は、貯液タンクＴが、筐体３に変形可能な内部タンク４を収容した構造を有している。そして、注液式空気電池Ｃ１は、タンク開放手段が、内部タンク４の底部を部分的に持ち上げて保持する可動板５と、可動板５を下降させる電磁アクチュエータ７と、マニホルド６内に配置され且つ可動板５とともに下降した内部タンク４の底部を切断開放する開封口金８を備えた構成になっている。

マニホルド６は、貯液タンクＴとセル集積体Ｓとを液密的に接続する変形自在な環状体であり、電解質用液体２に対する耐性を確保するために、内部タンク４と同じ材料で形成することができる。

より具体的には、マニホルド６は、その上端部が、タンク開放手段による貯液タンクＴの開放部を包囲する部分、すなわち内部タンク４の底面において開封口金８との相対向部を包囲する部分に対して液密的に接着してある。また、マニホルド６は、同じく上端部が、可動板５の上面にも接着してあり、この際、内部タンク４の底部とともに可動板５の上面に接着してある。このマニホルド６は、中間部が、可動板５のスリット５Ａの内側を通過している。

さらに、マニホルド６は、下端部が、セル集積体Ｓの注液口Ｈ群及び液戻り口Ｒ群を包囲する部分に対して液密的に接着してある。この実施形態では、マニホルド６は、下端部全周に枠部６Ａを有し、この枠部６Ａをセル集積体Ｓの上端部全周に接着固定している。このようにして、マニホルド６は、タンク開放手段による貯液タンクＴの開放部からセル集積体Ｓの各注液口Ｈに至る間に注液用の閉空間を形成している。なお、タンク開放手段による貯液タンクＴの開放部は、筐体３の開口部３Ｃの位置で形成される。

さらに、マニホルド６は、セル集積体Ｓにおいて発生したガスを上方に排出するためのガス抜き部１０を有している。このガス抜き部１０は、適宜曲成したパイプにより形成してあり、空気流通方向Ｐの下流側において、セル集積体Ｓの前記液戻り口Ｒの上側に配置してある。そして、ガス抜き部１０は、タンク開放手段（５，７，８）による貯液タンクＴの開放部（筐体３の開口部３Ｃ）よりも下位側に配置したガス入口１０Ａと、前記開放部よりも上位側に配置したガス出口１０Ｂを有している。

さらに、注液式空気電池Ｃ１は、セル集積体Ｓ及び貯液タンクＴを収容する分配ケース１１を備えている。分配ケース１１は、その上部において、空気流通方向Ｐの上流側（図１（Ａ）中で右側）に、空気の導入口１１Ａを有すると共に、他方側に、排出口１１Ｂを有している。図示例の分配ケース１１は、導入口１１Ａから単セル１同士の間の夫々の空気流路Ａｆを経て排出口１１Ｂに至る流通経路を形成している。

また、注液式空気電池Ｃ１は、上記の分配ケース１１を備えた構成において、前記ガス抜き部１０が、分配ケース１１の排出口１１Ｂに配置してあり、この実施形態では、ガス抜き部１０のガス出口１０Ｂが、排出口１１Ｂの同軸線上に向けて配置してある。

なお、注液式空気電池Ｃ１は、上記した構成のほか、分配ケース１１の導入口１１Ａの入口側に配置するブロワ（図示せず）、電磁アクチュエータ７及びブロワ等を制御するコントローラ、及び操作用のスイッチ類などを含む構成にすることができる。また、貯液タンクＴに貯留された電解質用液体２の量は、各単セル１の収容部１Ｃ及び余剰保持領域９の総容積、若しくは総容積よりも若干少ない量である。

上記構成を備えた注液式空気電池Ｃ１は、例えば、自動車の補助電源として車載され、運転席近傍に配置したスイッチにより起動させることができる。すなわち、注液式空気電池Ｃ１は、両電磁アクチュエータ７を作動させると、図１の状態から図３の状態に移行するように、両電磁アクチュエータ７の出力軸が下方に移動して可動板５が下降する。すると、可動板５とともに内部タンク４の底部が下がり、可動板５の下降動作に相対してスリット５Ａから開封口金８が突出し、内部タンク４の底部を開封口金８の切刃８Ａにより切断して開放する。この際、開封口金８は、角筒状であるから、電解質用液体２の流通を何ら妨げることはない。

これにより、注液式空気電池Ｃ１は、内部タンク４内の電解質用液体２がマニホルド６内を流下して、フレームＦの各注液口Ｈから各単セル１の収容部１Ｃへの注液が開始される。この際、マニホルド６は、貯液タンクＴの底部の一カ所から流出した電解質用液体２を各単セル１の収容部１Ｃに分配する機能、電解質用液体２の液漏れや飛散を阻止する機能を有する。

また、注液式空気電池Ｃ１は、上記の如く各単セル１の収容部１Ｃに電解質用液体２が供給されると、外部や空気流路Ａｆに面している空気極１Ａには空気（酸素）が供給されているので、速やかに発電（放電）を開始することとなる。ここで、注液式空気電池Ｃ１は、上記の如く注液を開始すると、セル集積体Ｓにおいて自己放電副反応により水素ガスが発生する。

これに対して、注液式空気電池Ｃ１は、マニホルド６が、セル集積体Ｓにおいて発生したガスを上方に排出するためのガス抜き部１０を有するので、そのガス抜き部１０から水素ガスが排出されることとなり、注液開始に伴い発生した水素ガスが貯液タンクＴに流入して溜まるのを防ぐことができる。なお、本発明の注液式空気電池Ｃ１は、貯液タンクＴにも僅かな量の水素ガスが流入する可能性はあるが、大量の水素ガスが溜まることはない。

また、上記の注液式空気電池Ｃ１は、前記ガス抜き部１０が、貯液タンクＴの開放部よりも下位側に配置したガス入口１０Ａと、前記開放部よりも上位側に配置したガス出口１０Ｂを有するものとしたので、例えば、振動や加速度が作用する走行中に注液並びに発電を開始しても、ガス抜き部１０から電解質用液体２が漏れるような事態を未然に阻止することができる。

さらに、上記の注液式空気電池Ｃ１は、セル集積体Ｓ、その上部の傾斜の下位側に注液口Ｈを配置すると共に、傾斜の上位側に液戻り口Ｒを配置し、液戻り口Ｒの上側にガス抜き部１０を配置したので、セル集積体Ｓの内部で発生した水素ガスが、上部の傾斜に沿って移動して、上位側の液戻り口Ｒから排出され、その上側のガス抜き部１０から円滑に排出されることとなる。

さらに、上記の注液式空気電池Ｃ１は、分配ケース１１の排出口１１Ｂに前記ガス抜き部１０を配置しいるので、分配ケース１１内に流通する空気、すなわち導入口１１Ａからセル集積体Ｓの空気流路Ａｆを経て排出口１１Ｂから排出される空気により、ガス抜き部１０から出た水素ガスを速やかに外部に排出することができる。

ここで、ガス抜き部１０のガス出口１０Ｂは、分配ケース１１の排出口１１Ｂ内に向けて配置してあれば水素ガスの排出が可能である。ただし、同ガス出口１０Ｂは、少なくとも貯液タンクＴの開放部よりも上位側とすることで、上述の如く電解質用液体２の漏れを防止し得るものとなり、さらには、図示例のように、排出口１１Ｂの同軸線上に向けて配置すれば、分配ケース１１内を流通する空気による水素ガスの排出がより円滑になる。

つまり、図示例の分配ケース１１では、セル集積体Ｓの収容空間と排出口１１Ｂとの間に直角のコーナー部分があるので、空気の入り口温度（外気温）の変動や、放電出力の変動に伴いガス流量が変動したり、振動・傾斜がある場合に、排出口１１Ｂに流入した空気が、コーナー部分から離れるように蛇行して流れる可能性がある。これに対して、空気流速が最も速くなる領域に、排出口１１Ｂを配置すれば、空気の流れが変動して蛇行しても水素ガスを円滑に排出することができる。電池システムの設置場所に応じて排出口１１Ｂの形状を上方へ設置するなど異なる形状とした場合でも、排出口１１Ｂの配管中の空気ガス流速が最も速い領域にガス出口１０Ｂを設置することが良好である。

さらに、上記の注液式空気電池Ｃ１は、セル集積体Ｓと、電解質用液体２の貯液タンクＴと、タンク開放手段（５，７，８）と、マニホルド６を備えたことから、電解質用液体２の注液の自動化が容易であり、振動、傾斜及び加速度が作用するような状況下であっても、液漏れを生じることなく注液を確実に行うことができ、速やかに発電を開始し得る。したがって、注液式空気電池Ｃ１は、自動車用の補助電源等に使用した場合、走行中でも確実に注液を行うことができ、しかも、液漏れを確実に阻止し得るので、強アルカリ性の電解質用液体２を用いる高出力の空気電池への適用に非常に有効である。

さらに、注液式空気電池Ｃ１は、貯液タンクＴが、筐体３に変形可能な内部タンク４を収容した構造を有しており、タンク開放手段が、可動板５と、電磁アクチュエータ７と、マニホルド６内に配置された開封口金８を備えていることから、可動板５や電磁アクチュエータ７といった可動部が電解質用液体２に全く触れない構造になり、長期保存した場合でも確実な開放動作を実現することができる。

なお、タンク開放手段としては、開封口金８の方がアクチエータにより上部へ移動して内部タンク４を開封する機構とすることもできる。また、可動式の切刃を備えた構成や、貯留タンクＴ全体を下降させてその下部を開放する構成などを採用することも可能であるが、上記実施形態のような内部タンク４、可動板５、電磁アクチュエータ７及び開封口金８を採用すれば、上記の如く可動部が電解質用液体２に触れない構造にし得るうえに、小さい駆動力で内部タンク４を開放することができ、システム構造の小型軽量化などに貢献することができる。

さらに、注液式空気電池Ｃ１は、上記の変形可能な内部タンク４を備えているので、可動板５の下降に伴って、電解質用液体２の重量により内部タンク４の底部を下降させることも可能である。これに対して、この実施形態の注液式空気電池Ｃ１は、先述の如く、マニホルド６の上端部とともに内部タンク４の底部を可動板５の上面に接着しているので、可動板５とタンク底部とが一体的に下降することとなり、開封口金８によって内部タンク４の底部をより確実に切断開放することができる。

さらに、注液式空気電池Ｃ１は、セル集積体Ｓが、各単セル１の収容部１Ｃの上側に、余剰の電解質用液体２を収容する余剰保持領域９を有していることから、電解質用液体２が、マニホルド６内に溢れることなく各単セル１に分配される。これにより、電解質用液体２を各単セル１にほぼ均等に分配することができる。さらに、電解質用液体２を余すことなく各単セル１内に注液することにより、隣接する単セル１同士の間の電解質用液体２による短絡、いわゆる液絡を防ぐことができ、漏電による発電損失や不要な発熱を抑制することができる。

また、上記の注液式空気電池Ｃ１は、セル集積体Ｓの上部を傾斜させて、その上位側に液戻り口Ｒを配置し且つ下位側に注液口Ｈを配置したので、貯液タンクＴからマニホルド６に流出した電解質用液体２が、主に注液口Ｈから収容部１Ｃに供給される。この際、注液式空気電池Ｃ４は、電解質用液体２の分配の不均衡が生じた場合には、当然、下位側の注液口Ｈからマニホルド６内に電解質用液体２が溢れることとなるが、とくに、振動、傾斜及び加速度が作用した場合には、注液口Ｈよりも上位側にある液戻り口Ｒが余剰の電解質用液体２を排出する補償機能を発揮し、マニホルド６に電解質用液体２を溢れさせつつ、不足している単セル１に分配する。つまり、振動、傾斜及び加速度の作用を受ける車載用の電源により一層好適なものとなる。

なお、上記の注液式空気電池Ｃ１は、上記の実施形態では、セル集積体Ｓの上部を一方向の傾斜面としたが、複数の傾斜面を設けることや、上部内側のみに傾斜面を設けることも可能であるし、階段状の段差を設けることも可能である。ただし、電解質用液体２が水素ガスの流動性を考慮すれば、段差よりも傾斜面の方がより好ましい。

〈第２実施形態〉
図４及び図５は、本発明の注液式空気電池の第２及び第３の実施形態を説明する図である。なお、以下の各実施形態において、先の実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図４に示す注液式空気電池Ｃ２は、第１実施形態で説明したもの（図１参照）と同等の基本構成を備えており、とくに、分配ケース１１が、排出口１１Ｂ内を流通する流体を加速させる加速部１２を備えており、ガス抜き部１０が、加速部１２にガス出口１０Ｂを向けて配置した構成である。

この実施形態における加速部１２は、排出口１１Ｂの途中に一体成形したベンチュリ管である。すなわち、排出口１１は、加速部１２により一部の内径が絞られた形態になっている。他方、ガス抜き部１０は、中間を９０度曲成したパイプから成り、加速部１２の入口側において、その同軸線上にガス出口１０Ｂを配置している。

上記の注液式空気電池Ｃ２は、先の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、発電中においては、分配ケース１１の排出口１１Ｂにおいて、加速部１２により空気の流速が高くなり（圧力が低くなり）、これによりガス抜き部１０を通った水素ガスが吸い出されるように排出される。つまり、水素ガスの排出がより一層速やかになる。

また、上記の注液式空気電池Ｃ２は、導入口１１Ｂから排出口１１Ｂに至る分配ケース１１内の流路において、排出口Ｂに加速部１２があるので、圧力損失分布が流路の下流側で大きくなる。これにより、単セル１同士の間に形成した複数の空気流路Ａｆに対する空気の分配量のばらつきを小さくできるという効果がある。

〈第３実施形態〉
図５に示す注液式空気電池Ｃ３は、第２実施形態で説明したもの（図４参照）と同等の基本構成を備えており、とくに、貯液タンクＴの内部タンク４を加圧して収縮変形させるタンク加圧手段を備えている。

貯液タンクＴを構成する筐体３は、空気流通方向Ｐの上流側（図５（Ａ）中で右側）に、筐体３の内部に空気を導入するための導入管３Ａを有すると共に、他方側に、筐体３の内部の空気を排出するための排出管３Ｂを有している。前記導入管３Ａ及び排出管３Ｂは、例えば同軸線上に配置され、且つ分配ケース１１の導入口１１Ａ及び排出口１１Ｂ内に夫々配置されている。

このタンク加圧手段は、筐体３の内部に空気を導入することにより内部タンク４を加圧して収縮変形させる手段であり、上記の導入管３Ａ及び排出管３Ｂのほか、導入管３Ａの入口側に配置したブロワ（図示せず）等を含む構成にすることができる。また、この実施形態では、筐体３の排出管３Ｂに、空気流量を調整する調圧弁１５を備えている。

上記の注液式空気電池Ｃ３は、先の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができ、とくに、調圧弁１５を開放状態にして起動する。このとき、注液式空気電池Ｃ３は、分配ケース１１の導入口１１Ａから空気を導入し、加圧空気用の経路（１１Ａ，３Ａ，３，３Ｂ，１１Ｂ）と、発電空気用の経路（１１Ａ，Ａｆ，１１Ｂ）とに空気を分配して流通させた後、タンク開放手段により、タンクを開封する。

これにより、注液式空気電池Ｃ３は、内部タンク４を空気により加圧して電解質用液体２を押し出すようにすることで、セル集積体Ｓへの注液を促進させると共に、同セル集積体Ｓに空気（酸素）を供給する。この際、注液式空気電池Ｃ３は、調圧弁１５の開度を調整することで、筐体３と内部タンク４の間に流れる空気流量を制御することが可能である。

また、この実施形態の注液式空気電池Ｃ３は、電解質用液体２の注液が終了したところで、調圧弁１５を絞り、又は閉塞する。つまり、電解質用液体２の注液後には、筐体３の内部を流れる空気が発電に寄与しないリーク流量分になるので、調圧弁１５を絞る又は閉塞することで、空気のリーク量を減少又は無くし、導入した空気をセル集積体Ｓに効率良く供給することができる。なお、注液開始以降は、先の実施形態と同様に、ガス抜き部１０により水素ガスの排出を行う。

しかも、上記の注液式空気電池Ｃ３は、導入した空気のリーク量を大幅に減少させることで、導入口１１Ａの入口側に配置したブロワに加わる補機損失を低減し、システム効率を向上させることができる。さらに、セル集積体Ｓが、隣接する単セル１同士の間のピッチ（Ｌ）を狭くして、出力密度（ｋＷ／Ｌ）や発電密度（ｋＷｈ／Ｌ）を高めた高密度セル集積体である場合でも、簡便な機構により、注液の調整や、発電時における空気のリーク量の抑制を行うことができる。

さらに、上記の注液式空気電池Ｃ３は、発電に不可欠である空気を分配ケース１１に導入して、その一部を内部タンク４の加圧媒体として利用するので、非常に簡単な構造でありながら、電解質用液体２の注液を促進する機能と、各単セル１への充分な空気（酸素）供給の機能とを両立させることができる。

本発明の注液式空気電池は、その構成が上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各部位の形状、個数及び材料などの構成の細部を適宜変更することが可能であり、各実施形態の構成を組み合わせることもできる。

Ｃ１〜Ｃ３ 注液式空気電池
Ｈ 注液口
Ｒ 液戻り口
Ｓ セル集積体
Ｔ 貯液タンク
１ 単セル
１Ｃ 収容部
２ 電解質用液体
３ 筐体
３Ａ 導入管（タンク加圧手段）
３Ｂ 排出管（タンク加圧手段）
４ 内部タンク
６ マニホルド
１０ ガス抜き部
１０Ａ ガス入口
１０Ｂ ガス出口
１１ 分配ケース
１１Ａ 導入口
１１Ｂ 排出口
１２ 加速部

Claims (6)

1. 電解質用液体の収容部を有する単セルを複数配列してなり且つ夫々の収容部への注液口を上部に配置したセル集積体と、
   セル集積体の上側に配置され且つ電解質用液体を貯留した貯液タンクと、
   貯液タンクの下部を開放するタンク開放手段と、
   タンク開放手段による貯液タンクの開放部からセル集積体の各注液口に至る間に注液用の閉空間を形成するマニホルドを備え、
   マニホルドが、セル集積体において発生したガスを上方に排出するためのガス抜き部を有することを特徴とする注液式空気電池。
2. 前記ガス抜き部が、貯液タンクの開放部よりも下位側に配置したガス入口と、前記開放部よりも上位側に配置したガス出口を有することを特徴とする請求項１に記載の注液式空気電池。
3. セル集積体が、その上部に傾斜を有しており、傾斜の下位側に夫々の収容部への注液口を配置すると共に、傾斜の上位側に夫々の収容部への液戻り口を配置しており、
   前記ガス抜き部が、液戻り口の上側に配置してあることを特徴とする請求項１又は２に記載の注液式空気電池。
4. 空気の導入口及び排出口を有し且つセル集積体及び貯液タンクを収容する分配ケースを備え、
   前記ガス抜き部が、分配ケースの排出口に配置してあることをを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の注液式空気電池。
5. 前記分配ケースが、排出口内を流通する流体を加速させる加速部を備えており、
   前記ガス抜き部が、加速部にガス出口を向けて配置してあることを特徴とする請求項４に記載の注液式空気電池。
6. 貯液タンクが、筐体に変形可能な内部タンクを収容した構造を有しており、
   内部タンクを加圧して収縮変形させるタンク加圧手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の注液式空気電池。

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