JP6563467B2 - 携帯可能な水活性化発電装置 - Google Patents

Description

（技術分野）
本発明は、概して、発電装置に関連する。より具体的に、本発明は、携帯可能な水活性化発電装置に関連する。

（背景）
ボタン電池または亜鉛・炭素電池など市販の一般消費者向け電池は、概して、一次電池と呼ばれる。これらの電池は、一度使用されて、そして廃棄されるように設計される。しかし、一次電池に含有される重金属および電解質は、環境に有害であり、かつ、一次電池が廃棄された場合、環境汚染を引き起こし得る。例えば、一次電池に含有される電解質が漏出した場合、漏出した電解質は、水と化学反応を起こし得、そして有毒物質を生み出すだろう。

近年、従来の一次電池の代替物の研究において著しい進歩がみられた。概して、水電池として既知の水活性化発電装置は、代替物の一例である。従来の一次電池と異なり、水電池は、環境に優しい材料から作られ、これは、水電池が廃棄されるとき、水電池に含有される材料が、容易にリサイクルされることができ、かつ、有毒物質を生み出さないことを意味する。

しかし、既存の水電池は、いくつか欠点を有する。従来の水電池は、多くの場合、水を保持するための容器を有し、かつ、容器は、容器内の水が漏出するのを防ぐために、慎重に密封される必要がある。使用者は、通常自分の貴重な持ち物と共に水で満たされた容器を運ぶとき、より慎重にならなければならないので、容器内の水は、既存の水電池の携帯性を低減する。

他の欠点は、化学反応の間に生み出される廃棄物が通常水電池の容器内に蓄積され、廃棄物が化学反応の効率に影響を及ぼして、それによって、水電池の全体寿命を低減することである。さらに、廃棄物は、通常取り除くことが困難である。従って、上記の利点を克服する水活性化発電装置を開発する必要がある。

（概要）
本発明の装置は、それぞれいくつかの態様を有し、いくつかの態様のうち、その所望の特性のみに帰属する態様は一つもない。本発明の範囲を限定することなく、そのより顕著な特徴は、これから簡単に論じられる。この議論を考慮した後、特に「特定の実施形態の詳細な説明」というタイトルのセクションを読んだ後、本発明の特徴が他の水電池に対しての利点をどのように提供するか、理解されるだろう。

本開示の実施形態は、携帯可能な水活性化発電装置を提供する。携帯可能な水活性化発電装置は、第一支持構造、第二支持構造、第一電極板、第二電極板、吸水シート、および柔らかい容器を備える。第二電極板は、第一面および第一面と反対側の第二面を有し、かつ、吸水シートは、第二電極板を取り囲み、かつ第一面および第二面と接触している。柔らかい容器は、第二電極板および吸水シートを収容するために使用される。第一電極板および柔らかい容器は、第一支持構造と第二支持構造との間に配置される。

いくつかの実施形態において、第一支持構造は、複数の孔を備える。いくつかの実施形態において、第二支持構造は、複数の孔を備える。いくつかの実施形態において、携帯可能な水活性化発電装置は、第一支持構造および第二構造を締結するための第一締結構成要素および第二締結構成要素をさらに備える。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
（項目１）
携帯可能な水活性化発電装置であって、
第一支持構造と、
第二支持構造と、
第一電極板と、
第一面および該第一面と反対側の第二面を有する第二電極板と、
該第二電極板を取り囲み、かつ該第一面および該第二面と接触している吸水シートと、
該第二電極板および該吸水シートを収容するための柔らかい容器と
を備え、
該第一電極板および該柔らかい容器は、該第一支持構造と該第二支持構造との間に配置される、携帯可能な水活性化発電装置。
（項目２）
前記第一支持構造は、複数の孔を備える、上記項目に記載の装置。
（項目３）
前記第二支持構造は、複数の孔を備える、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
（項目４）
前記第一支持構造の前記複数の孔のうち、水平方向または垂直方向に隣接した二つの孔は、等間隔で配列される、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
（項目５）
前記第一支持構造および第二構造を締結するための第一締結構成要素および第二締結構成要素をさらに備える、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
（項目６）
前記第一締結構成要素の第一端部は、前記第一支持構造の上部に固定され、かつ、前記第二締結構成要素の第一端部は、該第一支持構造の底部に固定される、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
（項目７）
前記第一締結構成要素の第一端部は、前記第一支持構造の上部における第一凹部に取り外し可能に留められ、かつ、前記第二締結構成要素の第一端部は、該第一支持構造の底部における第二凹部に取り外し可能に留められる、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
（項目８）
前記第一締結構成要素の第二端部は、前記第二支持構造の前記上部における第一凹部に取り外し可能に留められ、かつ、前記第二締結構成要素の第二端部は、該第二支持構造の前記底部における第二凹部に取り外し可能に留められる、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
（項目９）
前記第一締結構成要素の第二端部は、前記第二支持構造の前記上部における第一凹部に取り外し可能に留められ、かつ、前記第二締結構成要素の第二端部は、該第二支持構造の前記底部における第二凹部に取り外し可能に留められる、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
（項目１０）
前記第一締結構成要素および前記第二締結構成要素のうちのそれぞれの本体部分は、可撓性である、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
（項目１１）
前記第一電極板上に配置された第一端子および前記第二電極板上に配置された第二端子をさらに備える、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
（項目１２）
前記吸水シートの三つの層は、前記第二電極板の前記第一面上に配置される、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
（項目１３）
前記吸水シートの三つの層は、前記第二電極板の前記第二面上に配置される、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
（項目１４）
前記第一電極板は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、超伝導性カーボンブラック、およびグラファイトのうちの少なくとも一つを備える、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
（項目１５）
前記吸水シートは、吸水性の良い紙から作られ、かつ、ナトリウム（Ｎａ）イオンを備える、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
（項目１６）
前記柔らかい容器は、紙から作られた袋である、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
（項目１７）
前記第二電極板は、アルミニウム（Ａｌ）およびマグネシウム（Ｍｇ）を備えるマグナリウムから作られる、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
（項目１８）
前記第二電極板におけるアルミニウム（Ａｌ）の比率は、約２％から３％である、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
（項目１９）
前記第二電極板におけるアルミニウム（Ａｌ）の比率は、約３％から４％である、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
（項目２０）
前記第二電極板におけるアルミニウム（Ａｌ）の比率は、５％未満である、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
（摘要）
携帯可能な水活性化発電装置は、第一支持構造と、第二支持構造と、第一電極板と、第二電極板と、吸水シートと、柔らかい容器とを備える。第二電極板は、第一面および第一面と反対側の第二面を有し、かつ、吸水シートは、第二電極板を取り囲み、かつ、第一面および第二面と接触している。柔らかい容器は、第二電極板および吸水シートを収容するために、使用される。第一電極板および柔らかい容器は、第一支持構造と第二支持構造との間に配置される。

図１は、本発明の実施形態に従う、携帯可能な水活性化発電装置の電極モジュールの概略図である。

図２Ａは、本発明の実施形態に従う、携帯可能な水活性化発電装置の燃料モジュールの概略図である。

図２Ｂは、本発明の実施形態に従う、携帯可能な水活性化発電装置の燃料モジュールの概略図である。

図３Ａは、本発明の実施形態に従う、携帯可能な水活性化発電装置の支持構造の概略図である。

図３Ｂは、本発明の実施形態に従う、携帯可能な水活性化発電装置の締結構成要素の概略図である。

図４は、本発明の実施形態に従う、携帯可能な水活性化発電装置の分解図である。

図５は、本発明の実施形態に従う、携帯可能な水活性化発電装置の支持構造および締結構成要素の概略図である。

（特定の実施形態の詳細な説明）
下記の詳細な説明は、本発明の具体的な実施形態を対象とする。しかし、本発明は、多数の異なる方法で実装されることができる。この説明において、図面が参照され、参照される図面において、対応する部分は、全体を通して番号によって指定される。

図１は、本発明の実施形態に従う、携帯可能な水活性化発電装置の電極モジュールの概略図である。図１に示される構成要素は、一定の縮尺比で描かれておらず、かつ例示の目的のためのみであることに留意されたい。図１を参照すると、電極モジュール１００は、電極板１０２、端子１０４、および導電線１１０を備える。電極板１０２は、実質的に長方形の形状を有する。電極板１０２は、上記以外の形状を含み得ると考えられる。端子１０４は、導電性材料から作られ、かつ電極板１０２に固定される。端子１０４および導電線１１０は、携帯可能な水活性化発電装置内における化学反応の間、外部電気装置に電流を提供することが可能である。

電極板１０２は、炭素（Ｃ）電極板１０２であり得るが、炭素（Ｃ）電極板１０２に限定されない。実施形態において、電極板１０２は、炭素（Ｃ）、ニッケル（Ｎｉ）、および導電性メッシュ（示されていない）を備える。いくつかの実施形態において、電極板１０２は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、超伝導性カーボンブラック、およびグラファイトのうちの少なくとも一つを備え得る。上記の材料は、電極板１０２がより完全な化学反応を生み出すことを可能にして、携帯可能な水活性化発電装置の寿命を増大させる。いくつかの実施形態において、電極板１０２は、可撓性である。いくつかの実施形態において、端子１０４は、金属から作られ、かつ耐酸性および耐アルカリ性の両方であるように加工される。いくつかの実施形態において、端子１０４は、耐錆性であるように加工される。いくつかの実施形態において、端子１０４は、ステンレス鋼から作られる。

図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の実施形態に従う、携帯可能な水活性化発電装置の燃料モジュールの概略図である。図２Ａおよび図２Ｂに示される構成要素は、一定の縮尺比で描かれておらず、かつ例示の目的のためのみであることに留意されたい。図２Ａを参照すると、燃料モジュール２００は、第一面Ｓ１および第二面Ｓ２を有する電極板２０２、吸水シート２０４、柔らかい容器２０６、端子２０８、ならびに導電線２１０を含む。

いくつかの実施形態において、電極板２０２は、マグネシウム（Ｍｇ）電極板２０２である。いくつかの実施形態において、電極板２０２は、アルミニウム（Ａｌ）およびマグネシウム（Ｍｇ）を備えるマグナリウムから作られる。いくつかの実施形態において、第二電極板２０２におけるアルミニウム（Ａｌ）の比率は、約２％から３％である。いくつかの実施形態において、第二電極板２０２におけるアルミニウム（Ａｌ）の比率は、約３％から４％である。いくつかの実施形態において、第二電極板２０２におけるアルミニウム（Ａｌ）の比率は、５％未満である。

図２Ａを参照すると、端子２０８は、第二電極板２０２に固定される。いくつかの実施形態において、端子２０８は、金属から作られ、かつ耐酸性および耐アルカリ性の両方であるように加工される。いくつかの実施形態において、端子２０８は、耐錆性であるように加工される。いくつかの実施形態において、端子２０８は、ステンレス鋼から作られる。端子２０８および導電線２１０は、携帯可能な水活性化発電装置内における化学反応の間、外部電気装置に電流を提供することが可能である。

図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、吸水シート２０４は、第二電極板２０２を取り囲み、かつ第一面Ｓ１および第二面Ｓ２と接触している。いくつかの実施形態において、吸水シート２０４の少なくとも一つの層は、第一面Ｓ１上に配置される。いくつかの実施形態において、吸水シート２０４の少なくとも一つの層は、第二面Ｓ２上に配置される。いくつかの実施形態において、吸水シート２０４の三つの層は、第一面Ｓ１上に配置される。いくつかの実施形態において、吸水シート２０４の三つの層は、第二面Ｓ２上に配置される。

いくつかの実施形態において、吸水シート２０４は、吸水性の良い紙から作られる。吸水性の良い紙が吸水することのできる水量は、普通の紙の２．５倍である。吸水性の良い紙は、非常に薄く、かつ高吸水タイプの紙であるので、携帯可能な水活性化発電装置は、従来の水電池よりもサイズが細くなることができる。実施形態において、吸水シート２０４は、ナトリウム（Ｎａ）イオンを備えるように加工される。吸水シート２０４に含有されるＮａイオンは、携帯可能な水活性化発電装置内における化学反応を容易にすることができる。さらに、使用者は、携帯可能な水活性化発電装置が発電することができる前に、携帯可能な水活性化発電装置に少量の水を加えさえすればよく、一切の追加的な電解質は、必要でない。

図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、柔らかい容器２０６は、第二電極板２０２および吸水シート２０４を収容する。いくつかの実施形態において、化学反応の間に第二電極板２０２によって生み出される廃棄物は、柔らかい容器２０６内に蓄積されるだろう。従って、携帯可能な水活性化発電装置によって発生させられる電力が減少したと使用者が感じた場合、使用者は、使用された燃料モジュール２００を新しい燃料モジュール２００に容易に交換することができる。柔らかい容器２０６は、化学反応の間に第二電極板２０２によって生み出される廃棄物が、携帯可能な水活性化発電装置の他の構成要素を汚染することを防ぐことができる。いくつかの実施形態において、柔らかい容器２０６は、紙から作られた袋である。

図３Ａは、本発明の実施形態に従う、携帯可能な水活性化発電装置の支持構造の概略図である。図３Ａに示される構成要素は、一定の縮尺比で描かれておらず、かつ例示の目的のためのみであることに留意されたい。図３Ａを参照すると、支持構造３００は、実質的に長方形の形状を有し、かつ、二つの凹部３０２および複数の孔３０４を備える。支持構造３００は、実質的な長方形の形状以外の形状を有し得ると考えられる。複数の孔３０４は、実質的に円形の形状を有する。複数の孔３０４は、実質的な円形の形状以外の形状を有し得ると考えられる。

いくつかの実施形態において、支持構造３００は、電気絶縁材料から作られる。いくつかの実施形態において、支持構造３００は、防水材料から作られる。いくつかの実施形態において、支持構造３００は、アクリルまたはプラスチックから作られる。携帯可能な水活性化発電装置内における化学反応の間、空気またはガスは、複数の孔３０４を通り抜けることができる。いくつかの実施形態において、複数の孔３０４のうち水平方向または垂直方向に隣接した二つの孔は、等間隔で配列される。

図３Ｂは、本発明の実施形態に従う、携帯可能な水活性化発電装置の締結構成要素の概略図である。図３Ｂに示される構成要素は、一定の縮尺比で描かれておらず、かつ例示の目的のためのみであることに留意されたい。図３Ｂを参照すると、締結構成要素３２０は、本体部分３２２、第一端部３２４、および第二端部３２６を備える。いくつかの実施形態において、本体部分３２２は、可撓性かつ伸縮可能である。いくつかの実施形態において、第一端部３２４は、一つの支持構造３００の凹部３０２に取り外し可能に留められ、かつ、第二端部３２６は、他の支持構造３００の凹部３０２に取り外し可能に留められる。いくつかの実施形態において、第一端部３２４は、一つの支持構造３００の凹部３０２に固定され、かつ、第二端部３２６は、他の支持構造３００の凹部３０２に取り外し可能に留められる。

図４は、本発明の実施形態に従う、携帯可能な水活性化発電装置の分解図である。図４に示される構成要素は、一定の縮尺比で描かれておらず、かつ例示の目的のためのみであることに留意されたい。図４を参照すると、携帯可能な水活性化発電装置４００は、二つの支持構造３００、電極モジュール１００、燃料モジュール２００、および二つの締結構成要素３２０を備える。電極モジュール１００および燃料モジュール２００は、二つの支持構造３００間に配置される。二つの締結構成要素３２０は、二つの支持構造３００ならびに二つの支持構造３００間の電極モジュール１００および燃料モジュール２００を締結するために、使用される。

少量の水が燃料モジュール２００の中に注入された後、吸水シート２０４は、水を吸水して、水をその中に保持する。吸水シート２０４内の水は、電極板１０２および２０２が化学反応するために、適した媒体として作用する。電極板１０２および２０２の表面が水に晒されると、電極板２０２は、アニオン（陰電気を帯びたイオン）を放出し、かつ電極板１０２は、カチオン（陽電気を帯びたイオン）を放出する。アニオンとカチオンとの間の相互作用は、電位差を発生させる。携帯可能な水活性化発電装置４００が発電すると、電極板１０２は、カソードとして作用し、かつ、電極板２０２は、アノードとして作用する。

図４を参照すると、締結構成要素３２０の二つの端部は、支持構造３００の凹部３０２に取り外し可能に留められる。従って、発生させられる電力が減少したと使用者が感じた場合、使用者は、携帯可能な水活性化発電装置４００を容易に分解して、そして使用された燃料モジュール２００を新しい燃料モジュール２００と交換することができる。締結構成要素３２０および支持構造３００は、化学反応の間、電極板１０２が変形することを防ぐことができ、かつ、化学反応の間、電極モジュール１００および燃料モジュール２００が互いに良好に接触することを確保することもできる。

図５は、本発明の実施形態に従う、携帯可能な水活性化発電装置の支持構造および締結構成要素の概略図である。図５に示される構成要素は、一定の縮尺比で描かれておらず、かつ例示の目的のためのみであることに留意されたい。図５を参照すると、いくつかの実施形態において、二つの締結構成要素３２０の第一端部３２４は、それぞれ支持構造３００´の上部および底部に固定され、かつ、二つの締結構成要素３２０の第二端部３２６は、支持構造３００の凹部３０２に取り外し可能に留められる。

本発明の具体的な実施形態が本明細書において開示されてきたが、本発明が開示された実施形態に限定されることは、意図されていない。当業者は、本発明の趣旨から逸脱することなくこれらの実施形態に変更および変種がなされることができるということを、認識するだろう。本発明は、添付された特許請求の範囲内に該当する全てのそのような変更および変種を包含するということが、意図されている。

Claims (17)

1. 携帯可能な水活性化発電装置であって、
   第一支持構造と、
   第二支持構造と、
   第一電極板と、
   第一面および該第一面と反対側の第二面を有する第二電極板と、
   該第二電極板を取り囲み、かつ該第一面および該第二面と接触している吸水シートと、
   該第二電極板および該吸水シートを収容するための柔らかい容器と、
   該第一支持構造および該第二支持構造を締結するための第一締結構成要素および第二締結構成要素と
   を備え、
   該第一電極板および該柔らかい容器は、該第一支持構造と該第二支持構造との間に配置され、該第一締結構成要素の第一端部は、該第一支持構造の上部における第一凹部に取り外し可能に留められ、かつ、該第二締結構成要素の第一端部は、該第一支持構造の底部における第二凹部に取り外し可能に留められる、携帯可能な水活性化発電装置。
2. 前記第一支持構造は、複数の孔を備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記第二支持構造は、複数の孔を備える、請求項２に記載の装置。
4. 前記第一支持構造の前記複数の孔のうち、水平方向または垂直方向に隣接した二つの孔は、等間隔で配列される、請求項２に記載の装置。
5. 前記第一締結構成要素の第二端部は、前記第二支持構造の上部に固定され、かつ、前記第二締結構成要素の第二端部は、該第二支持構造の底部に固定される、請求項１に記載の装置。
6. 前記第一締結構成要素の第二端部は、前記第二支持構造の前記上部における第一凹部に取り外し可能に留められ、かつ、前記第二締結構成要素の第二端部は、該第二支持構造の前記底部における第二凹部に取り外し可能に留められる、請求項１に記載の装置。
7. 前記第一締結構成要素および前記第二締結構成要素のうちのそれぞれの本体部分は、可撓性である、請求項１に記載の装置。
8. 前記第一電極板上に配置された第一端子および前記第二電極板上に配置された第二端子をさらに備える、請求項１に記載の装置。
9. 前記吸水シートの三つの層は、前記第二電極板の前記第一面上に配置される、請求項１に記載の装置。
10. 前記吸水シートの三つの層は、前記第二電極板の前記第二面上に配置される、請求項９に記載の装置。
11. 前記第一電極板は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、超伝導性カーボンブラック、およびグラファイトのうちの少なくとも一つを備える、請求項１に記載の装置。
12. 前記吸水シートは、吸水性の良い紙から作られ、かつ、ナトリウム（Ｎａ）イオンを備える、請求項１に記載の装置。
13. 前記柔らかい容器は、紙から作られた袋である、請求項１に記載の装置。
14. 前記第二電極板は、アルミニウム（Ａｌ）およびマグネシウム（Ｍｇ）を備えるマグナリウムから作られる、請求項１に記載の装置。
15. 前記第二電極板におけるアルミニウム（Ａｌ）の比率は、約２％から３％である、請求項１４に記載の装置。
16. 前記第二電極板におけるアルミニウム（Ａｌ）の比率は、約３％から４％である、請求項１４に記載の装置。
17. 前記第二電極板におけるアルミニウム（Ａｌ）の比率は、５％未満である、請求項１４に記載の装置。

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