JPH06243901A - アルミニウム−空気電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電解液の循環が停止したときでも、電解液の
温度が危険なレベルにまで上昇しないようにする。 【構成】 アルミニウムアノード２と空気カソード３を
電極とするアルミニウム−空気電池セル４（４ａ，４
ｂ）を複数そなえ、複数のアルミニウム−空気電池セル
４（４ａ，４ｂ）のうち一方のアルミニウム−空気電池
セル４（４ａ）のアルミニウムアノード２と他方のアル
ミニウム−空気電池セル４（４ｂ）の空気カソード３と
を電極接続部材５により電気的に接続してなり、電極接
続部材５にフィン５ａよりなる放熱機構をそなえたアル
ミニウム−空気電池１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非常用電源，電動車両
や船舶などの推進源等として利用されるアルミニウム−
空気電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電池の開発は多岐にわたってなさ
れるようになってきており、電極活物質として種々のも
のを用いた電池が開発されていて、実用化される事例も
多くなってきている。

【０００３】このような各種の電池の開発のなかで、消
耗する反応性アルミニウムアノードと空気カソードとを
電極として用いたアルミニウム−空気電池の開発もなさ
れている。

【０００４】このアルミニウム−空気電池では、例え
ば、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等の電解液がリ
ザーブタンクに蓄えられ、この電解液がアルミニウムア
ノードと空気カソードとの間に導入されることにより電
池が始動し、運転継続中は電解液が循環する方式として
おり、主として、非常用電源，電動車両や船舶などの推
進源等として使用される。

【０００５】この種のアルミニウム−空気電池として
は、例えば、米国特許明細書第４，２４６，３２４号に
開示されたものがあり、空気カソードとこの空気カソー
ドに対し間隔をおいて設けられた取り替え可能な消耗性
のアルミニウムアノードを電極としてそなえたアルミニ
ウム−空気電池セル（電槽）と、電解液を蓄えるリザー
ブタンクと、電解液をリザーブタンクと電池セルとの間
で循環させるためのポンプと、電解液の温度を調節する
ための熱交換器をそなえたものである。

【０００６】この場合、通常は、リザーブタンク中に沈
殿している水酸化アルミニウムが電池セル内に巻き込ま
れるのを防ぐために、リザーブタンク内における電解液
の取り入れ口は高い位置に設けられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リザー
ブタンク内において蒸発などによって電解液の液面が低
下した場合には、電池セルに電解液が滞溜したまま循環
が停止してしまうことがあり、電池セルで発生する多量
の熱が電池セル内の熱容量を超えて、電解液を沸騰させ
ることとなった場合には電池セル（電槽）を破損するな
どの好ましくない状態が生じる可能性があった。また、
電解液の循環ポンプが故障した場合にも同様の現象が生
じる可能性があった。

【０００８】そしてこの場合、熱交換器をいくら作動さ
せても電解液が循環していないときには、温度を下げる
ことができないという問題点があり、このような問題点
を解消することが課題であった。

【０００９】

【発明の目的】本発明は、このような従来の課題にかん
がみてなされたものであって、電解液の液面低下や循環
ポンプの故障などによって電解液の循環が停止したとき
でも、電解液の温度が危険なレベルにまで上昇しないよ
うにして電池セルの破損などの不具合が生じないように
すると共に、一方のアルミニウム−空気電池セルのアル
ミニウムアノードと他方のアルミニウム−空気電池セル
の空気カソードとの電気的な接続を容昜かつ確実に行う
ことができるようにしたアルミニウム−空気電池を提供
することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係わるアルミニ
ウム−空気電池は、アルミニウムアノードと空気カソー
ドを電極とするアルミニウム−空気電池セルを複数そな
え、前記複数のアルミニウム−空気電池セルのうち一方
のアルミニウム−空気電池セルのアルミニウムアノード
と他方のアルミニウム−空気電池セルの空気カソードと
を電極接続部材により電気的に接続してなり、前記電極
接続部材に例えばフィン等よりなる放熱機構をそなえた
構成としたことを特徴としている。

【００１１】

【発明の作用】本発明に係わるアルミニウム−空気電池
では、一方のアルミニウム−空気電池セルのアルミニウ
ムアノードと他方のアルミニウム−空気電池セルの空気
カソードとを接続する電極接続部材に、例えば、縦向き
（上下方向の向き）や横向き（左右方向の向き）などの
フィン等よりなる放熱機構を設けた構成としているの
で、アルミニウム−空気電池セル内で電解液の循環停止
が生じて多量の熱が発生したときでも、このような多量
の熱を電極接続部材にそなえた放熱機構によって放熱さ
せることとなるので、過熱による危険な状態例えば電池
セルの破損などの不具合が回避されることとなる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明に係わるアルミニウム−空気電
池の一実施例を示すものであって、このアルミニウム−
空気電池１は、アルミニウムアノード２と空気カソード
３を電極とするアルミニウム−空気電池セル（電槽）４
を複数そなえ、一方のアルミニウム−空気電池セル４
（４ａ）のアルミニウムアノード２と他方のアルミニウ
ム−空気電池セル４（４ｂ）の空気カソード３とを間隔
保持部材兼用の電極接続部材５により電気的に接続して
いると共に、アルミニウム−空気電池セル４（４ａ，４
ｂ）において空気流通配管６（６ａ，６ｂ）と電解液流
通配管７（７ａ）を接続した構造をなしている。

【００１３】また、前記アルミニウム−空気電池セル４
（４ａ，４ｂ）に近接して、水酸化ナトリウムや水酸化
カリウム等の電解液を蓄えておくためのリザーブタンク
１１が配置してあって、各アルミニウム−空気電池セル
４（４ａ，４ｂ）との間に電解液流通配管７（７ｂ，７
ｃ）が接続してある。

【００１４】さらに、電解液を蓄えるリザーブタンク１
１に近接して、リザーブタンク１１内の電解液を循環さ
せたり一方のアルミニウム−空気電池セル４（４ａ）に
空気を送り込んだりさらに必要に応じて電解液の熱交換
を行ったりするために電解液の循環ポンプや空気ポンプ
や必要に応じて熱交換器１２などをそなえた補機１３が
設けてあり、リザーブタンク１１との間に電解液流通配
管７（７ｄ）を接続していると共に、一方のアルミニウ
ム−空気電池セル４（４ａ）との間に空気流通配管６
（６ｃ）および電解液流通配管７（７ｅ）を接続してい
る。

【００１５】図２は、一方のアルミニウム−空気電池セ
ル４（４ａ）のアルミニウムアノード２と、他方のアル
ミニウム−空気電池セル４（４ｂ）の空気カソード３と
を電気的に接続する電極接続部材５をさらに詳しく説明
するものであって、アルミニウムアノード２と空気カソ
ード３とを電気的に接続する電極接続部材５は多数の縦
方向（上下方向）のフィン５ａをそなえたものとなって
いると共に、支持用枠体１５によって固定したものとな
っている。

【００１６】この電極接続部材５にそなえたフィン５ａ
は、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、フィン５ａの全幅
Ｗ＝１００ｍｍ，全長Ｌ＝４７ｍｍ，フィン長Ｌ_Ｆ＝４
５ｍｍ，基部長Ｌ_Ｂ＝２ｍｍ，フィン間隔Ｄ＝１．０ｍ
ｍ，フィン厚さＴ＝０．５ｍｍ，フィン高さＨ＝２０ｍ
ｍのものとしている。

【００１７】そしたまた、電極接続部材５の直上にはフ
ード１６が設置してあり、このフード１６の部分にはフ
ァン１７が配設してある。

【００１８】このファン１７を駆動するための電気回路
には、リレースイッチ１８ａが直列に接続してあると共
に、ファン駆動用電源１９が接続してあり、リレースイ
ッチ１８ａはリレースイッチ駆動回路１８ｂによってオ
ン・オフされるものとなっており、リレースイッチ駆動
回路１８ｂには、アルミニウムアノード２の温度を測定
する温度センサ２１の温度情報が入力されるものとなっ
ていて、この温度センサ２１による検出温度があらかじ
め設置される所定のしきい値の温度Ｔ_１を超えたとき
に、リレースイッチ駆動回路１８ｂが作動してリレース
イッチ１８ａを閉じることによりファン１７が回転作動
し、また、温度センサ２１による検出温度が所定のしき
い値の温度Ｔ_１よりも低いときには、リレースイッチ１
８ｂが開くことにより、ファン１７が停止した状態とな
る。

【００１９】このような構造をもつアルミニウム−空気
電池１において、補機１３に電力を供給することによ
り、空気流通配管６および電解液流通配管７を通してア
ルミニウム−空気電池セル４（４ａ，４ｂ）に空気およ
び電解液が供給されると共にリザーブタンク１１との間
で電解液が循環し、アルミニウム−空気電池セル４（４
ａ，４ｂ）では電解液と電極との反応により熱が発生
し、ここで発生した熱は熱伝導率の高いアルミニウムア
ノード２を伝達して電極接続部材５へと伝達される。

【００２０】ここで、例えば、アルミニウム−空気電池
１における起動時のように、温度センサ２１により検出
されるアルミニウムアノード２の温度が所定のしきい値
Ｔ_１よりも低い場合には、リレースイッチ駆動回路１８
ｂはリレースイッチ１８ａをオフにしたままとなるの
で、ファン１７は回転しない。したがって、アルミニウ
ムアノード２は強制冷却されないものとなって電解液の
温度上昇速度が大きいものとなることから、電池の立ち
上がりが早いものとなる。

【００２１】その後、電解液と電極との反応により発生
した熱でアルミニウムアノード２の温度が所定のしきい
値Ｔ_１よりも高くなると、この温度上昇が温度センサ２
１によって検出されることによりリレースイッチ駆動回
路１８ｂが作動してリレースイッチ１８ａをオン状態と
するので、ファン１７が作動して電極接続部材５のフィ
ン５ａの間を空気が流れることにより、電極接続部材５
が冷却される。

【００２２】ところで、このような構造をもつアルミニ
ウム−空気電池１において、運転開始時には電解液の温
度上昇速度が大きく、運転継続時には電解液の温度上昇
が小さい方がよい。つまり、運転開始時には放熱量が少
なく、運転継続時には放熱量が多い方が良いこととな
る。

【００２３】そこで、図３（Ａ）（Ｂ）に示した縦方向
のフィン５ａを横方向に複数有する電極接続部材５を用
いる場合において、フィン５ａの間隔（Ｄ）と高さ
（Ｈ）との関係について種々調べたところ、 Ｄ＜^４√（１．０８×１０^−８×Ｈ） の条件を満足するようになすのが望ましいことが認めら
れた。

【００２４】このような条件を満たすフィン５ａにより
放熱部を形成した電極接続部材５を用いると、ファン１
７が停止している（すなわち、自然対流により熱伝達し
ている）場合のフィン５ａの平均熱伝達率は、フィンの
ない平板の熱伝達率に比べて低くなることが認められ
た。また、ファン１７が作動している（強制対流により
熱伝達している）場合のフィン５ａの平均熱伝達率は、
風速の増加と共にフィンがない平板の熱伝達率に比べて
著しく大きくなることが認められ、ファン１７を作動さ
せたときの風速と放熱量との関係は、図４に示したごと
く、フィン５ａをそなえている場合には風速の増大と共
に放熱量が著しく増大することが認められた。

【００２５】表１に、平板の場合、およびフィン５ａの
間隔（Ｄ）を２ｍｍ，高さ（Ｈ）を２０ｍｍとした場合
における平均熱伝達率の測定結果を示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】したがって、上記の条件を満たすフィン５
ａをそなえた電極接続部材５をアルミニウムアノード２
と空気カソード３との間で電気的に接続することによ
り、フィン（５ａ）をそなえない平板状の電極接続部材
（５）を用いた場合に比べて放熱性が低くなって電解液
の温度上昇速度が大きくなるため立ち上がりが速くなる
ことにより運転開始時の起動時間が短かくなり、運転継
続時にはファン１７が作動してフィン５ａに送風される
ことにより、高い放熱量を得ることによって電解液の温
度上昇を抑制する作用がもたらされることとなる。

【００２８】また、従来のように、電解液を熱交換器に
よって冷却する方法では防ぐことができなかった補機１
３における循環ポンプの故障や電解液の不足などによる
電解液の循環停止による異常過熱についても、アルミニ
ウムアノード２と空気カソード３とを電気的に接続する
電極接続部材５においてより優れた放熱性能をもたせて
おくことによって、異常過熱を防止することが可能とな
る。

【００２９】そのほか、フィン５ａ，５ｂに風を供給す
る手段としては、ファン１７による場合のほか、補機１
３から送り出される空気の一部を空気流通配管６（６
ｃ）より分岐してフィン５ａ，５ｂに当てるようになす
手段をとることもできる。この場合、風をフィン５ａ，
５ｂに当てるか当てないかは、温度センサ２１によるア
ルミニウムアノード２の検出温度に応じて電磁バルブ等
を作動させ、アルミニウムアノード２の温度が所定のし
きい値Ｔ_１よりも低いときには、風がバイパスされるこ
とによってフィン５ａ，５ｂに当たらないような手段を
採用することができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明に係わるアルミニウム−空気電池
は、アルミニウムアノードと空気カソードを電極とする
アルミニウム−空気電池セルを複数そなえ、前記複数の
アルミニウム−空気電池セルのうち一方のアルミニウム
−空気電池セルのアルミニウムアノードと他方のアルミ
ニウム−空気電池セルの空気カソードとを電極接続部材
により電気的に接続してなり、前記電極接続部材に放熱
機構をそなえた構成としたから、従来の場合には電解液
を熱交換器により冷却していたため電解液の循環ポンプ
の故障や電解液の液面レベルの減少などによってアルミ
ニウム−空気電池セルに電解液が循環しなくなったとき
には電極の過熱を抑制することができなかったのに対し
て、本発明では電極接続部材にフィン等よりなる放熱機
構をそなえていることによって電極に十分な放熱能力を
そなえたものとなっているため、電解液が何んらかの異
常によって循環停止したときでも電極を通して十分な放
熱が行われることとなるので、温度の異常上昇による電
池セル（電槽）の破損などの好ましくない状態を生じる
ことがなくなるという著しく優れた効果がもたらされ、
また、熱交換器が必らずしも必要でないものとなってコ
ンパクトでかつ軽量化が実現されて車両等への搭載によ
り適したものになるという著しく優れた効果がもたらさ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるアルミニウム−空気電池の一実
施例を示す基本構成の説明図である。

【図２】図１に示したアルミニウム−空気電池における
電極接続部分を拡大して示す斜面説明図である。

【図３】図２に示した電極接続部材を構成するフィンの
平面説明図（図３の（Ａ））および正面説明図（図３の
（Ｂ））である。

【図４】本発明の実施例において風速と放熱量との関係
を電極接続部材にフィンがある場合とない場合とで比較
して調べた結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１ アルミニウム−空気電池 ２ アルミニウムアノード ３ 空気カソード ４（４ａ，４ｂ） アルミニウム−空気電池セル ５ 電極接続部材 ５ａ，５ｂ 電極接続部材のフィン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウムアノードと空気カソードを
   電極とするアルミニウム−空気電池セルを複数そなえ、
   前記複数のアルミニウム−空気電池セルのうち一方のア
   ルミニウム−空気電池セルのアルミニウムアノードと他
   方のアルミニウム−空気電池セルの空気カソードとを電
   極接続部材により電気的に接続してなり、前記電極接続
   部材に放熱機構をそなえたことを特徴とするアルミニウ
   ム−空気電池。