JP6822787B2 - 注液型電池システム - Google Patents

Description

本発明は、注液型電池に注液する注液型電池システムに関する。

空気電池には、金属極と空気極と充電用補助極と電解液とを有し、充電開始時と放電開始時に電解液の比重が所定範囲であるよう電解液をサイフォン式給排液機構で入れ替え調整し、充放電を行うものが提案されている（例えば、特許文献１）。この入れ替え調整は、充放電ごとにサイフォン式給排液機構を用いて電解液を容器に引き出し、電解液の比重を調整後に電池内に供給することが記載されている。

特公昭５７−４３９８２号公報

ところで、停電時のバックアップ電源として、電解液の注液により放電する空気電池を使用することが考えられる。しかし、従来のサイフォン式給排液機構は、二次電池の充放電ごとに電解液の比重を調整するものであるため、停電時に迅速に注液したり、停電復帰時に迅速に排液したりすることに向かない。また、停電時にサイフォン式給排液機構を作動させる具体的構成も開示されない。
そこで、本発明の目的は、停電時などのバックアップ電源に好適な注液型電池システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の注液型電池システムは、正極と負極とを有する注液型電池と、前記注液型電池よりも上方に位置し、前記注液型電池の放電反応を開始させる液体を貯留する上タンクと、前記注液型電池よりも下方に位置する下タンクと、所定の電力の供給停止時に、前記上タンクの前記液体を、重力を利用して前記注液型電池に注液させ、前記電力の供給開始時に、前記注液型電池内の前記液体を、重力を利用して前記下タンクに排液させる開閉機能付きの流路とを備え、前記流路は、前記上タンクと前記注液型電池との間に配置される第１開閉部と、前記注液型電池と前記下タンクとの間に配置される第２開閉部とを備え、前記第１開閉部は、前記電力の供給時に対応する通電時に閉、前記電力の供給停止時に対応する非通電時に開となる常開式であり、前記第２開閉部は、前記電力の供給時に対応する通電時に開、前記電力の供給停止時に対応する非通電時に閉となる常閉式であることを特徴とする。

上記構成において、前記電力の供給開始後に、前記下タンクの前記液体を前記上タンクに移動させる戻し配管を有しても良い。

また、上記構成において、前記下タンクに設けられる前記戻し配管の一端は、放電時に生成される反応生成物の残留スペースを空けた位置に設けられるようにしても良い。

また、上記構成において、前記注液型電池に前記液体を注液後、排液させる洗浄サイクルを選択的に実施する洗浄制御部を有しても良い。

また、上記構成において、前記注液型電池は、前記正極及び前記負極として空気極及び金属極を有する空気電池であっても良い。

本発明は、正極と負極とを有する注液型電池と、前記注液型電池よりも上方に位置し、前記注液型電池の放電反応を開始させる液体を貯留する上タンクと、前記注液型電池よりも下方に位置する下タンクと、所定の電力の供給停止時に、前記上タンクの前記液体を、重力を利用して前記注液型電池に注液させ、前記電力の供給開始時に、前記注液型電池内の前記液体を、重力を利用して前記下タンクに排液させる開閉機能付きの流路と、を備えるので、所定の電力の供給停止時に、自然エネルギーである重力を利用して注液でき、簡易な構成で停電時のバックアップ電源を実現できる。
また、注液型電池に前記液体を注液後、排液させる洗浄サイクルを選択的に実施するので、放電時に生成される反応生成物を、注液型電池の各部から除去でき、各部の状態を良好に維持し易くなる。これらにより、停電時などのバックアップ電源に好適な注液型電池システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る注液型電池システムを示した図である。 注液型電池システムが有する電池ユニットを模式的に示した図である。 各電槽から電解液が排液されたときの注液型電池システムを示した図である。 停電時の動作を示したフローチャートである。 復電時の動作を示したフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る注液型電池システムを示した図である。 電池ユニットを模式的に示した図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る注液型電池システムを示した図である。
この注液型電池システム１は、電池ユニット１０と、タンク３０と、電池ユニット１０とタンク３０とをつなぐ流路を形成する配管５０と、コントローラー７０とを備える。この注液型電池システム１は、下タンク３２に予め所定量の液体（本実施形態では電解液）を貯留した後、戻し配管５３を介し、上タンク３１に設けられた水位センサー３５の位置まで電解液を貯留し、第１配管５１を介して電池ユニット１０に供給することにより、電池ユニット１０を放電させ、停電時のバックアップ電源として利用可能にするシステムである。なお、電解液は、タンク３０の上部に設けられた不図示の注液口を介してタンク３０内に注液される。

図２は電池ユニット１０を模式的に示した図である。
電池ユニット１０は、複数（３個）の電槽１１（外装体とも称する）を有し、各電槽１１に電解液が注液されることによって発電する空気一次電池である。なお、図２には電池ユニット１０の電槽１１の一部を示している。 空気電池は電解液が注液されると放電する注液型電池の一つであり、電池ユニット１０は、複数の注液型電池を収容するユニット（組電池とも称する）である。各電槽１１で構成される空気電池は、直列接続、或いは並列接続され、バックアップ対象の機器に十分な電力を供給可能である。なお、電池ユニット１０の電力を電力変換器で所定の電力に変換して出力しても良い。電力変換器は、ＤＣ−ＤＣコンバーター、又はＤＣ−ＡＣコンバーターである。

電池ユニット１０内の全ての電槽１１は同じ構造である。各電槽１１は、所定の支持部材７Ａに支持されることによって同じ高さに配置される。これら電槽１１は、側面の一部に開口部１１Ｋを有する中空箱形状に形成され、開口部１１Ｋは空気極１３で覆われる。電槽１１内には、空気極１３と間隔を空けて金属極１５が対向配置される。
図２中、符号２１は電槽１１の底面を構成する底板部であり、符号２２は前面を構成する前壁部であり、この前壁部２２に開口部１１Ｋが設けられる。符号２３は電槽１１の後面を構成する後壁部であり、符号２４は電槽１１の左右側面を構成する側壁部である。また、符号２５は電槽１１の上面を構成する上板部である。

空気極１３は、集電体として機能する銅メッシュ（金属メッシュ）に、触媒シートを両面から圧迫（プレス）し狭持した構成であり、通気性と非透液性とを備えている。触媒シートは、カーボンとテフロン（登録商標）を混合した素材を、ローラープレス機などを用い所定厚さのシート状とした後、所定時間、所定温度で乾燥、焼成させ、銅メッシュと略同等の大きさに裁断したシートである。空気極１３は正極として機能し、金属極１５が負極として機能する。なお、空気極１３は上記の構成に限らず、公知の様々な構成を広く適用可能である。

金属極１５にはマグネシウム合金が適用される。金属極１５は、空気極１３と平行であり、これら金属極１５と空気極１３とからなる一対の極板は鉛直方向に配置される。また、金属極１５は、電槽１１の上板部２５に取り付けられ、電槽１１の底板部２１との間にスペース１０Ｓを空けて配置されている。このスペース１０Ｓは、放電反応によって生成される反応生成物（例えば、水酸化マグネシウム）が留まる残留スペースである。このスペース１０Ｓを設けることによって、反応生成物が金属極１５の一部を覆って電池反応を阻害してしまう事態などを回避することができる。また、放電反応によって生じたガス（例えば水素ガス）発生時の電解液の撹拌作用による電解液濃度のばらつきを低減することができる。
金属極１５の支持は、電槽１１内に配置される支持部材で行う方法、又は電槽１１の上板部２５を用いて直接支持する方法など、反応生成物が留まる残留スペースを確保できる構造であれば特に限定されるものではない。

電解液には、水系の電解液、例えば、塩化ナトリウム水溶液が使用される。また、電槽１１の内部に、電解質である塩化ナトリウムを収容した袋体を予め配置し、水道水などの水を入れるだけで発電するように構成しても良い。
なお、金属極１５に、亜鉛、鉄、アルミニウムなどの金属、又はその合金を用いることが可能である。金属極１５に亜鉛を用いた場合は、電解液に水酸化カリウム水溶液を用いるようにすれば良く、金属極１５に鉄を用いた場合は、電解液にアルカリ系水溶液を用いるようにすれば良い。また、金属極１５にアルミニウムを用いた場合は、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを含む電解液を用いるようにすれば良い。なお、図２中、符号ＵＬは、電解液を電槽１１内に入れたときの電解液の液面、つまり、注液時の液面である。この液面ＵＬを、空気極１３よりも上方にすることにより、空気極１３の利用面積を効率良く確保できる。

タンク３０は、電池ユニット１０よりも上方に位置する上タンク３１と、電池ユニット１０よりも下方に位置する下タンク３２とを備える。なお、第１実施形態では、下タンク３２を上タンク３１よりも反応生成物の残留スペースの分だけ大きくしたタンクを使用した。
電池ユニット１０とタンク３０とをつなぐ配管５０は、上タンク３１と電池ユニット１０とをつなぐ第１配管５１と、電池ユニット１０と下タンク３２とをつなぐ第２配管５２とを備える。また、この注液型電池システム１は、下タンク３２と上タンク３１とをつなぐ戻し配管５３を更に備える。

上タンク３１は、電池ユニット１０内の電槽１１に供給（注液）する電解液を貯留可能な中空の箱形状に形成される。上タンク３１の内部は、水平方向に並ぶ仕切り壁３３によって複数の室に仕切られ、各電槽１１に供給する適正量の電解液を各室に独立して貯留可能である。なお、電槽１１の内部に電解質を収容する袋体を配置した場合、上タンク３１に水が貯留される。

第１配管５１は、上タンク３１の底板部３１Ｂと各電槽１１の上板部２５とをそれぞれつなぎ、重力を利用して上タンク３１の電解液を各電槽１１に供給（注液）する注液用流路として機能する。これら第１配管５１には、各第１配管５１を開閉する電磁弁を備えた第１開閉部６１が設けられる。
第１開閉部６１は、コントローラー７０によって制御され、より具体的には、コントローラー７０からの通電により各第１配管５１を閉にし、非通電により各第１配管５１を開にする。このため、常開式の電磁弁を使用することによって第１開閉部６１を容易に製作可能である。なお、電磁弁に限らず、開閉弁などの他の開閉部品を使用しても良い。

本構成では、上タンク３１内を複数の室に仕切り、各室と各電槽１１とを１対１で対応させるので、各電槽１１に供給する電解液量を揃えやすくなる。また、各室は、上タンク３１の上部空間内で互いにつながるので、上タンク３１内の電解液を各室に均等に振り分け易くなる。なお、上タンク３１の上面を構成する上板部３１Ａに、戻し配管５３の一端（端部）がつながる。
各第１配管５１は、上下方向に直線状に延びる直管で形成される。これにより、上下方向に対して斜めに延びる配管形状にする場合と比べて、電解液を短時間で、且つ均等に電槽１１に流し易くなる。

上タンク３１には、タンク３０内の電解液の水位を検出する水位センサー３５が設けられる。この水位センサー３５は、各電槽１１に供給する適正量の電解液の有無を検出するためのセンサーである。この水位センサー３５はコントローラー７０に接続され、コントローラー７０が、水位センサー３５の出力結果に基づき上タンク３１内に適正量の電解液が存在するか否かを検出する。
上タンク３１及び下タンク３２は、電解液への耐性、及び各電槽での放電反応によって生成される反応生成物（例えば、水酸化マグネシウム）への耐性を有する素材で形成されている。例えば、上タンク３１及び下タンク３２は、ステンレス、ポリプロピレン（ＰＰ）で形成されている。また、上タンク３１及び下タンク３２を、ステンレス又はＰＰ以外の素材で形成し、内面に、電解液及び反応生成物への耐性を有するコーティングを施しても良い。

下タンク３２は、各電槽１１から排出（排液）される電解液を貯留可能な中空の箱形状に形成される。下タンク３２の内部は、仕切られておらず、この下タンク３２の上板部３２Ａに、各電槽１１の底板部２１から下方に延びる第２配管５２がそれぞれつながる。これによって、第２配管５２は、重力を利用して各電槽１１の電解液を下タンク３２に供給（排液）する排液用流路として機能する。
これら第２配管５２には、各第２配管５２を開閉する電磁弁を備えた第２開閉部６２が設けられる。第２開閉部６２は、コントローラー７０によって制御され、より具体的には、コントローラー７０からの通電により各第２配管５２を開にし、非通電により各第２配管５２を閉にする。このため、常閉式の電磁弁を使用することによって第２開閉部６２を容易に製作可能である。なお、電磁弁に限らず、開閉弁などの他の開閉部品を使用しても良い。

下タンク３２と上タンク３１を接続する戻し配管５３には、ポンプ６３が設けられ、このポンプ６３が駆動されることによって、下タンク３２から上タンク３１に電解液を移動させることができる。
下タンク３２は、各電槽１１に供給する適正量の電解液よりも多い電解液を貯留可能な容量に形成されている。このため、下タンク３２には、各電槽１１の適正量に相当する電解液を上タンク３１に移動させた場合でも、図１に示すように、下タンク３２の底面を構成する底板部３２Ｂから少なくとも離間距離ＬＬだけ高い位置まで電解液（図１中、符号ＷＸで示す）が残留する。

この離間距離ＬＬは、各電槽１１での放電反応によって生成される反応生成物を残留させる残留スペースを確保する距離に設定される。従って、下タンク３２の電解液を上タンク３１に戻す際に、下タンク３２の底板部３１Ｂに堆積する反応生成物が、上タンク３１に移動する事態を抑制することができる。
また、各第２配管５２は、第１配管５１と同様に、上下方向に直線状に延びる直管で形成される。これにより、上下方向に対して斜めに延びる配管形状にする場合と比べて、電解液を短時間で電槽１１から排液させることができる。また、第２配管５２は、電槽１１の底板部２１に接続されているので、電槽１１の底板部２１に残留する反応生成物を効率良く排出させることができる。

図１に示すように、下タンク３２内には戻し配管５３の端部（他端）が配置される。この端部には、電解液に浮くフロート部材３６（浮き部材とも称する）が装着される。このため、戻し配管５３の端部は、下タンク３２内の電解液の水面が変動しても水面近傍に保持され、下タンク３２の底板部３２Ｂに沈んだ反応生成物を吸い込むことを抑制できる。
なお、この戻し配管５３には、ゴムホースなどの可撓性を有する配管部材を適用することが好ましい。また、この戻し配管５３のうち、下タンク３２内に存在する領域だけをゴムホースなどの可撓性の配管部材としても良い。

本実施形態では、上タンク３１、電池ユニット１０及び下タンク３２が、上下に一直線上に並び、互いに近接配置される。このため、上下長及び左右長を抑えられ全体がコンパクトであり、配置自由度を高めることができる。
また、上タンク３１、電池ユニット１０及び下タンク３２が同じ幅で形成され、全体が縦長形状のスリムな外観である。

コントローラー７０は、注液型電池システム１の各部を制御する制御部として機能し、具体的には、第１開閉部６１、第２開閉部６２及びポンプ６３を制御する。このコントローラー７０は、商用電源８０からの電力（以下、商用電力）が供給され、商用電力が供給されている間、第１開閉部及び第２開閉部に通電する。この通電によって、第１開閉部６１が第１配管５１を閉に維持し、上タンク３１内の電解液を各電槽１１に注液させない。また、通電によって、第２開閉部６２は、第２配管５２を開に維持するので、仮に電解液が電槽１１に入ったとしても、電解液は下タンク３２に排出される。

商用電力の供給が停止すると、つまり、停電すると、コントローラー７０は、第１開閉部６１及び第２開閉部６２等に通電しなくなる。このため、第１開閉部６１が第１配管５１を開に維持し、第２開閉部６２が第２配管５２を閉に維持する。これにより、上タンク３１内の電解液が各電槽１１に注液され、各電槽１１にて放電反応が開始される。従って、停電時に、注液型電池システム１がバックアップ電源として機能する。

その後、商用電力の供給が開始すると、つまり、復電すると、コントローラー７０は、第１開閉部６１及び第２開閉部６２等に通電するので、第１配管５１が閉、第２配管５２が開に切り替わる。これにより、各電槽１１から電解液が排液され、図３に示すように、各電槽１１から電解液が排液され、電解液が下タンク３２に貯留される。なお、電槽１１内の電解液を下タンク３２に排液するのは、電解液を電槽１１に入れたままでは金属極１５が自己放電により消費されるため、電解液を電槽１１内から取り除き金属極１５の消費を防止するためである。
従って、各電槽１１での放電反応が停止し、自己放電も回避される。なお、コントローラー７０は、例えば、商用電力を、第１開閉部６１及び第２開閉部６２等の通電に好適な電力に変換する電力変換回路を有することによって、簡易な構成で、上記制御を行うことが可能である。

ところで、放電時に生成される反応生成物を、放電反応に関わる箇所（空気極１３、金属極１５）等から除去することが望まれる。
そこで、本構成では、コントローラー７０が、商用電力の供給再開時、つまり、復電時に、電槽１１への注液後、排液させる洗浄サイクルを実施する。具体的には、コントローラー７０は、復電時に、先ず、ポンプ６３の駆動を開始する。これにより、下タンク３２に貯留された電解液Ｗ２（図３）は、上タンク３１に供給される。各電槽１１へ注液される電解液は、水位センサー３５によって上タンク３１に適正量の電解液が貯留されたタイミングでポンプ６３の駆動を停止する。次いで、第１開閉部６１への通電を強制停止することにより第１配管５１を開状態にして、上タンク３１から第１配管５１を通って各電槽１１へ電解液を注液する。なお、復電時、第２配管５２は、第２開閉部６２により開状態に制御されているため、コントローラー７０は第２開閉部６２の制御は変更しない。その後、ポンプ６３を再駆動し、下タンク３２に貯留された電解液Ｗ２を上タンク３１に供給する洗浄サイクルを所定回数行う。そして、所定回数洗浄サイクル終了後、第１開閉部６１への通電の強制停止を解除し、上タンク３１に電解液を貯留する。

この洗浄サイクルの制御を実施する構成は、マイコン及びメモリなどの簡易的なコンピューター構成を具備し、マイコンがメモリに記憶されるプログラムに基づいて制御するソフトウェア制御、或いは、専用のハードウェアを用いた簡易な回路などで実現される。

また、本構成のコントローラー７０は商用電力で駆動する。このため、コントローラー７０を含む注液型電池システム１は、商用電力以外の電源を別途設ける必要がない。但し、停電の間、プログラムデータなどの記憶保持に電力が必要な構成を採用した場合、記憶保持用の一次電池、或いは充電電池を設けるようにしても良い。

続いて、注液型電池システム１の動作を説明する。
図４は、停電時の動作を示したフローチャートである。停電前は、各電槽１１に供給する適正量の電解液（図１に符号Ｗ１で示す）が、上タンク３１に貯留されている。なお、電槽１１の内部に電解質を収容した袋体を配置した場合は上タンク３１に水が貯留される。
停電前の場合、コントローラー７０は、商用電力に基づき第１及び第２開閉部６１、６２等に通電しているので、第１配管５１は閉状態に保持され、第２配管５２は開状態に保持される（ステップＳ１Ａ）。これにより、各電槽１１に電解液が注液されない状態に保持される。

停電が発生すると（ステップＳ２Ａ）、コントローラー７０は、第１及び第２開閉部６１、６２等への通電を停止するので、第１配管５１は開状態に切り替わり、第２配管５２は閉状態に切り替わる（ステップＳ３Ａ）。これにより、上タンク３１に貯留された電解液Ｗ１が各電槽１１に注液され、放電反応が開始される（ステップＳ４Ａ）。従って、各電槽１１にて放電反応が開始する。この場合の放電電力が所定のバックアップ対象の機器に供給され、停電時でも該機器を利用可能になる。

図５は復電時の動作を示したフローチャートである。
復電すると（ステップＳ１Ｂ）、コントローラー７０が商用電力に基づき第１及び第２開閉部６１、６２等への通電を開始するので、第１配管５１は閉状態に切り替わり、第２配管５２は開状態に切り替わる（ステップＳ２Ｂ）。これにより、各電槽１１から電解液が排液され、放電反応が停止する（ステップＳ３Ｂ）。この場合、図３に示すように、電解液（図３に符号Ｗ２で示す）が下タンク３２に貯留される。

次いで、コントローラー７０は、予め定めた洗浄開始条件を満たすと、洗浄サイクルを開始する（ステップＳ４Ｂ）。ここで、洗浄開始条件は、ユーザーなどが任意に設定可能な条件であるが、特に設定しなくて良い。設定しない場合、コントローラー７０は、直ちに洗浄サイクルを開始する。
洗浄開始条件を設定する場合、例えば、洗浄開始までの待ち時間が設定される。待ち時間が設定された場合、コントローラー７０は、復電からの経過時間をカウントし、設定された待ち時間が経過した後に洗浄サイクルを開始する。この待ち時間を設定することにより、頻繁に停電が生じた場合に、その都度、洗浄サイクルを実施する事態を避けることができる。

また、洗浄開始条件として、他の条件を設定しても良い。例えば、停電回数を設定した場合、コントローラー７０は、停電回数（復電回数でも良い）をカウントし、カウント値が設定した停電回数に達するまでは、洗浄サイクルを開始しない。そして、カウント値が設定した停電回数に達した際に、洗浄サイクルを開始するとともに、カウント値をリセットする。これによって、停電毎に洗浄サイクルを実施しないようすることが可能になる。

洗浄サイクルを開始する場合、コントローラー７０は、先ず、ポンプ６３の駆動を開始する。これにより、下タンク３２に貯留された電解液Ｗ２（図３）は、上タンク３１に供給される。各電槽１１へ注液される電解液は、水位センサー３５によって上タンク３１に適正量の電解液が貯留されたタイミングでポンプ６３の駆動を停止する。次いで、第１開閉部６１への通電を強制停止する。このため、第１開閉部６１により第１配管５１が開状態に切り替わる。なお、第２開閉部６２への通電は継続するので、第２配管５２は開状態に保持される。
これにより、下タンク３２に貯留された電解液Ｗ２（図３）は、上タンク３１に供給され、所定量の電解液が上タンク３１に貯留された後、上タンク３１から第１配管５１を通って各電槽１１へ注液され、各電槽１１から第２配管５２を通って下タンク３２へ排液される、という循環サイクルが繰り返される。各電槽１１には、放電反応によって生成された反応生成物が存在するので、電槽１１の各部（空気極１３、金属極１５など）に付着した反応生成物を除去することができる。また、放電時に電槽１１の底板部２１に堆積した反応生成物も効果的に除去することができる。

電槽１１から排出された反応生成物は、自重で沈むので、下タンク３２の底板部３２Ｂに堆積する。上記したように、戻し配管５３は、電解液Ｗ２に浮くフロート部材３６によって水面近傍に保持されるので、底板部３２Ｂに堆積した反応生成物は、戻し配管５３に進入しない。従って、反応生成物が上タンク３１に移動することを規制でき、この結果、電槽１１への再進入を避けることができる。

洗浄サイクルにより、放電反応に関わる箇所（空気極１３、金属極１５など）に付着した反応生成物を除去できるので、反応面積の減少を抑える等、放電反応への影響を抑えることができる。
なお、洗浄サイクルの制御は、上記の目的を達成できれば良く、上記の制御に限定されない。例えば、各電槽１１に電解液を注液後、時間を空けて電解液を排液させても良い。具体的には、コントローラー７０は、まず、第１及び第２開閉部６１、６２への通電を強制停止する。これにより、第１配管５１が開状態、第２配管５２が閉状態に切り替わる。次いで、コントローラー７０は、ポンプ６３を所定時間だけ駆動することにより、電解液を各電槽１１に注液する。この場合、第２配管５２は閉状態であるので、電解液は各電槽１１に溜まったままとなる。

各電槽１１内に貯留される電解液は、空気極１３及び金属極１５が電解液に十分に漬かるまで（例えば、図２中、符号ＵＬ程度に貯まるまで）、ポンプ６３が駆動されることが好ましい。電解液が溜まる量は、ポンプ６３の駆動時間によって設置得可能である。
続いて、コントローラー７０は、第２開閉部６２への通電を行うことにより、第２配管５２を開状態に切り替える。これにより、各電槽１１内に貯留された電解液が、第２配管５２を通って下タンク３２へ排液される。下タンク３２から排液される電解液は、各電槽１１内の電解液をまとめて排液するので、反応生成物の排出性が向上する可能性がある。電槽１１への注液、排液による洗浄サイクルをどのように行うかは適宜に調整すれば良い。

コントローラー７０は、予め定めた洗浄終了条件を満たすと、洗浄サイクルを終了する（ステップＳ５Ｂ）。この洗浄終了条件は、ユーザーなどが任意に設定可能な条件であり、例えば、洗浄サイクルの継続時間（つまり、洗浄時間）が設定される。洗浄時間が設定された場合、コントローラー７０は、洗浄時間をカウントし、設定された洗浄時間が経過すると洗浄サイクルを終了する。前記洗浄時間が特に設定されない場合は、予め規定された時間が経過すると洗浄サイクルを終了する。なお、洗浄サイクル終了後、停電に備え上タンク３１に適正量の電解液を貯留しておく。

以上説明したように、本実施形態の注液型電池システム１は、注液型電池である電槽１１と、電槽１１に供給して放電させる液体として電解液を貯留するタンク３０（上タンク３１、下タンク３２）と、停電時に、上タンク３１の電解液を、重力を利用して下タンク３２に注液させ、復電時に、電槽１１内の電解液を、重力を利用して下タンク３２に排液させる開閉機能付きの配管５０（第１配管５１、第２配管５２）とを備える。この構成によれば、停電時に、自然エネルギーである重力を利用して電槽１１に注液でき、電解液を送るポンプ等が不要である。従って、注液用のポンプや電源が不要であり、簡易な構成で停電時のバックアップ電源を実現できる。

また、復電後に、下タンク３２の電解液を上タンク３１に移動させる戻し配管５３、ポンプ６３及びコントローラー７０を有するので、停電が再び発生したときに、放電を再開させることができる。従って、停電が生じる毎にバックアップ電源として利用可能になる。
また、下タンク３２に設けられる戻し配管５３の一端は、放電時に生成される反応生成物の残留スペース（底面から離間距離ＬＬのスペース）を空けた位置に設けられるので、反応生成物を下タンク３２内に留めることができる。

また、配管５０は、上タンク３１と電槽１１との間に配置される第１開閉部６１と、電槽１１と下タンク３２との間に配置される第２開閉部６２とを備える。第１開閉部６１は、商用電力の供給時に対応する通電時に閉、停電時に対応する非通電時に開となる常開式であり、第２開閉部６２は、商用電力の供給時に対応する通電時に開、停電時に対応する非通電時に閉となる常閉式に構成される。
これにより、停電により非通電になれば、自動的に電槽１１に注液し、復電時により通電になれば、自動的に電槽１１から排液することができる。従って、停電時や復電時に複雑な制御を行うことなく、注液及び排液ができる。また、第１及び第２開閉部６１、６２を、広く普及する常開式の弁及び常閉式の弁を用いて構成することができるので、部品調達が容易であり、コストの増大も抑えやすくなる。

さらに、本実施形態の注液型電池システム１は、コントローラー７０が、電槽１１に注液後、排液させる洗浄サイクルを選択的に実施する洗浄制御部として機能する。この構成によれば、電槽１１の各部（例えば、空気極１３や金属極１５）に付着した反応生成物を洗い流すことができ、各部の状態を良好に維持し易くなる。このため、次回の注液の際に、良好に放電反応を再開することができる。
また、電槽１１から排出された反応生成物は、下タンク３２の底面との間の残留スペースに留まる一方で、電解液は再利用されるので、反応生成物による悪影響を回避するとともに、資源の節約を抑えることができる。また、仮に停電復帰後に直ぐに停電が生じた場合でも、放電を再開でき、停電時のバックアップ電源として好適である。

また、本構成の注液型電池システム１は、停電時に電槽１１に電解液を注液し、復電時に電槽から電解液を排液させるシステムであり、復電時にコントローラー７０が洗浄サイクルを実施する。これにより、バックアップ電源として使用する停電時は放電反応を継続でき、バックアップ電源として使用しない期間を利用して洗浄することができる。

また、電槽１１は、正極及び負極として空気極１３及び金属極１５を有する空気電池であるので、電槽１１に供給する液体に、海水や水道水を使用することができ、調達、補充及び交換などが容易である。また、空気極１３及び金属極１５の耐久性、耐食性を確保することで、メンテナンスが殆ど不要であり、長期の使用に好適である。
また、この注液型電池システム１は、上述したように放電開始、及び放電停止には特別な制御を行う必要がなく、放電停止後（復電後）に、コントローラー７０が洗浄サイクルの実施、及び上タンク３１への電解液の移動制御を行うだけである。このため、簡易な制御で実現可能である。仮に、コントローラー７０及びポンプ６３等に故障が生じた場合でも、上タンク３１に電解液があれば停電時のバックアップ電源として機能することができる。上記故障の場合でも、復電後に、下タンク３２に溜まった電解液を人手などで上タンク３１に移動すれば、次の停電時にもバックアップ電源として利用可能である。

（第２実施形態）
図６は本発明の第２実施形態に係る注液型電池システム１を示した図である。以下、第１実施形態と異なる点を詳述する。
この注液型電池システム１は、電池ユニット１０が上下のタンク３１、３２に対し、水平方向一方側（戻し配管５３及びポンプ６３に対し反対側）にオフセットして配置される。この電池ユニット１０と上下のタンク３１、３２との間に空いたスペースにコントローラー７０が配置される。この配置によれば、電池ユニット１０の大きさ（特に幅）が、タンク３１、３２間のスペースに制約されない。従って、電池ユニット１０に多数の電槽１１を配置し易くなる。本構成では電池ユニット１０に、５個の電槽１１を配置している。また、電池ユニット１０と上下のタンク３１、３２とが離間するので、それぞれのメンテナンスをし易くなる。なお、第２実施形態では、下タンク３２を上タンク３１よりも反応生成物の残留スペースの分だけ大きくしたタンクを使用した。

第１配管５１は、上タンク３１の底板部３１Ｂから下方に延びた後に電池ユニット１０側に屈曲して水平方向に延びた後、下方に屈曲して電池ユニット１０の各電槽１１の上板部２５にそれぞれ連結される。第１配管５１は、電槽１１の数と同数設けられ、途中で互いに近接して配置される。各第１配管５１が近接する箇所に、第１開閉部６１が設けられる。

第２配管５２は、各電槽１１の底板部３２Ｂよりも高い位置にて各電槽１１に連結され、連結箇所から下方に延びた後、下タンク３２側に屈曲して水平方向に延びた後、下方に屈曲して下タンク３２の上板部３２Ａにそれぞれ連結される。
ここで、図７は、電池ユニット１０の電槽１１の一部を模式的に示した図である。なお、第１実施形態と同様の構成は同一の符号を付して示し、重複説明を省略する。

図７に示すように、各電槽１１は、所定の支持部材７Ａに載置されることによって同じ高さに配置される。各電槽１１には、金属極１５及び空気極１３の下端よりも所定の距離Ｌ１（以下、「離間距離Ｌ１」と言う）だけ下方に離間した位置に、開口部を有する配管接続部５Ａが設けられる。この配管接続部５Ａに第２配管５２が接続される。
この配管接続部５Ａの下端は、電槽１１の底面から離間距離Ｌ２だけ高い位置に設けられる。これにより、電槽１１内の電解液を第２配管５２から排液した場合に、電解液が離間距離Ｌ２の高さまで残留し、電槽１１内の反応生成物を第２配管５２に入り難くすることができる。また、電解液の液面は、金属極１５及び空気極１３より低いため、放電反応が停止すると共に自己放電が回避される。
なお、上記距離Ｌ１、Ｌ２は上記目的を達する範囲で適宜に調整可能である。

図６に示すように、戻し配管５３は、下タンク３２に対し、下タンク３２の底板部３２Ｂから少なくとも離間距離ＬＬだけ高い位置に連結される。この戻し配管５３は、ゴムホースなどの可撓性を有する配管部品、或いは、可撓性を有さない樹脂製又は金属製などの配管部品のいずれで形成しても良い。
この離間距離ＬＬのスペースは、第１実施形態と同様に、放電反応によってできた反応生成物を残留させるスペースとして機能する。第２実施形態では、各電槽１１内の底部と、下タンク３２の底部とに反応生成物を残留させるスペースをそれぞれするので、反応生成物が戻し配管５３に入る事態をより抑制できる。従って、反応生成物が各電槽１１により再進入し難くなる。

タンク３０内の電解液の水位を検出する水位センサー４５は、下タンク３２に設けられている。この水位センサー４５は、下タンク３２における戻し配管５３の連結位置（吸い込み位置）より高い位置に設けられる。
この水位センサー３５によって電解液が検出される場合、コントローラー７０は、各電槽１１から排液された電解液が下タンク３２に貯留されていると判断する。また、コントローラー７０は、下タンク３２内の電解液を上タンク３１に移動すべく、第２配管５２を閉じてポンプ６３を駆動している場合、水位センサー３５によって電解液が検出されなくなるとポンプ６３を停止する。これにより、上タンク３１に各電槽１１に供給する適正量の電解液を貯めた状態で、ポンプ６３を停止することができる。なお、上タンク３１に電解液を貯留しておくのは、停電時にポンプ６３が駆動できなくても、直ぐに放電を再開でき、停電時のバックアップ電源として使用可能とするためである。

以上の構成によれば、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、停電時に、自然エネルギーである重力を利用して電槽１１に注液でき、電解液を送るポンプ等が不要である。従って、簡易な構成で停電時のバックアップ電源を実現できる、といった第１実施形態と同様の各種の効果が得られる。
また、コントローラー７０により洗浄サイクルを選択的に実施するので、電槽１１の各部に付着した反応生成物を電解液で洗い流すことができ、次回の注液の際に、良好に放電反応を再開することができる、等の効果も得られる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形、及び変更が可能である。例えば、上述の各実施形態において、電槽１１の数は適宜に変更可能であり、例えば、電槽１１は一個でも良い。また、上述の各実施形態では、下タンク３２を上タンク３１よりも反応生成物の残留スペースの分だけ大きくする場合を説明したが、上下のタンク３１、３２を同じ容量にしても良い。また、下タンク３２を上タンク３１の数倍の容量にしても良い。

下タンク３２を上タンク３１の数倍の容量にした場合、例えば、上タンク３１に一回分の注液量を貯め、下タンク３２に一回分以上の注液量を同時に貯めておくことが好ましい。この場合、停電毎に再利用される電解液の割合を５０％未満に抑え、電解液の一部が蒸発しても適正量の電解液を注液することが可能である。従って、長期に渡って停電時のバックアップ電源として使用し易くなる。

また、上タンク３１と下タンク３２とからなる２個のタンクを備える場合を説明したが、２個に限定されない。例えば、タンク数が１個の場合は上タンクの位置に設けることで、停電時に重力を利用して電槽１１に注液可能である。復電時は、コントローラー７０がポンプ６３を駆動して、電槽１１内の電解液を上タンクに移動させれば良い。また、タンク数が３個以上の場合、各タンクを上タンク３１と下タンク３２とのいずれかに振り分け、各タンク間を戻し配管５３でつなぎ、ポンプ６３を利用して電解液を、タンク間を移動可能にすれば良い。

また、上述の各実施形態では、コントローラー７０とポンプ６３とを備える場合を説明したが、注液型電池システム１をより簡易な構成にする場合は、コントローラー７０とポンプ６３を省略しても良い。この場合、復電後に、人手により下タンク３２から上タンク３１に電解液を移動するか、或いは、下タンク３２の電解液は廃棄し、上タンク３１に新たな電解液（海水又は水など）を補充する等の対処を行うようにすれば良い。

また、上述の各実施形態において、電池ユニット１０、上タンク３１及び下タンク３２の形状及びレイアウトは設置スペースなどに応じて適宜に変更しても良い。また、上述の各実施形態では、注液型電池として空気電池を使用する場合を説明したが、空気電池に限定されず、注液により放電反応を開始する公知の様々な電池を使用しても良い。

また、上述の実施形態では、復電後に自動的に洗浄サイクルを実施する場合を説明したが、これに限らず、ユーザー等の指示或いは操作に基づき洗浄サイクルを実施するようにしても良い。
また、上述の実施形態では、本発明の注液型電池システム１を、商用電力の供給停止時のバックアップ電源に使用する場合を説明したが、商用電力に限定されず、所定の電力の供給停止時のバックアップ電源に広く適用可能である。

１ 注液型電池システム
１０ 電池ユニット
１１ 電槽（注液型電池、空気電池）
１３ 空気極（正極）
１５ 金属極（負極）
３０ タンク
３１ 上タンク
３２ 下タンク
３５、４５ 水位センサー
５０ 配管（開閉機能付きの流路）
５１ 第１配管
５２ 第２配管
５３ 戻し配
６１ 第１開閉部
６２ 第２開閉部
６３ ポンプ（戻し部）
７０ コントローラー（洗浄制御部）

Claims (5)

1. 正極と負極とを有する注液型電池と、
   前記注液型電池よりも上方に位置し、前記注液型電池の放電反応を開始させる液体を貯留する上タンクと、
   前記注液型電池よりも下方に位置する下タンクと、
   所定の電力の供給停止時に、前記上タンクの前記液体を、重力を利用して前記注液型電池に注液させ、前記電力の供給開始時に、前記注液型電池内の前記液体を、重力を利用して前記下タンクに排液させる開閉機能付きの流路とを備え、
   前記流路は、前記上タンクと前記注液型電池との間に配置される第１開閉部と、前記注液型電池と前記下タンクとの間に配置される第２開閉部とを備え、
   前記第１開閉部は、前記電力の供給時に対応する通電時に閉、前記電力の供給停止時に対応する非通電時に開となる常開式であり、
   前記第２開閉部は、前記電力の供給時に対応する通電時に開、前記電力の供給停止時に対応する非通電時に閉となる常閉式であることを特徴とする注液型電池システム。
2. 前記電力の供給開始後に、前記下タンクの前記液体を前記上タンクに移動させる戻し配管を有することを特徴とする請求項１に記載の注液型電池システム。
3. 前記下タンクに設けられる前記戻し配管の一端は、放電時に生成される反応生成物の残留スペースを空けた位置に設けられることを特徴とする請求項２に記載の注液型電池システム。
4. 前記注液型電池に前記液体を注液後、排液させる洗浄サイクルを選択的に実施する洗浄制御部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の注液型電池システム。
5. 前記注液型電池は、前記正極及び前記負極として空気極及び金属極を有する空気電池であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の注液型電池システム。

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