JP2012124142A - 応用電池及び緊急電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】持ち運び及び作動が簡単で長期間の保存ができ、非常用電源として使用可能であり、しかも、初期及び長時間使用時の電圧及び電流特性が非常に優れている応用電池及びこの応用電池を用いた緊急電源装置を提供する。
【解決手段】応用電池は、ハウジングと、その内部に設けた複数のセル１０とを備えており、使用時にハウジング内に注水することによって作動するように構成されている。複数のセルの各々は、正極を構成する炭素化布１４と、それに電気的に接続された正極引出し電極１２と、炭素化布に密着して設けた塩含有布１５と、それに密着して設けた吸水性を有する紙シート１６と、それに密着して設け、負極を構成し正極よりイオン化傾向が高い材料で形成した金属板１７と、それに電気的に接続した負極引出し電極１８と、これらを互いに圧着する収縮カバー部材とを備えており、塩含有布は、複数層織綿布に塩を含浸させた布で構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、正極及び負極にイオン化傾向の異なる異種電極を用い、電解液に水又は塩水等の液体を用いる応用電池及びこの応用電池を用いた緊急電源装置に関する。

イオン化傾向が互いに異なる異種電極を水や海水中に浸漬して起電力を得る水電池や海水電池は従来から良く知られており、この種の水電池や海水電池において、より高い性能を得るための提案も多数なされている。

例えば、特許文献１には、不溶性生成物の蓄積をなくして安定した放電特性を得るために、各セルから排出されたガスを１カ所に集めて排出するように構成した海水電池が開示されている。

特許文献２には、正極及び負極間距離を一定に保ちこれによって高性能かつ経済的な電池を得るために、セパレータに多孔板を用い、波形の塩化銀正極板を用いた海水電池が開示されている。

特許文献３には、より高い出力を得るために、塩化銀正極は海水の流動方向と平行に凹凸部を設け、各々独立した小片状のスペーサを正極及び負極間に配置した海水電池が開示されている。

実公昭４８−０４４１７０号公報 特開昭５０−０３５６２９号公報 特開昭６１−０５５８６９号公報

しかしながら、従来の海水電池によると、電解液として多量の海水を要すると共に、内部に貯留した海水中に正極及び負極を浸漬しておく必要があるため、取り回し及び取り扱いが難しく、簡便に持ち運びし、作動させることができなかった。また、長期間の保存が困難であった。

従って本発明の目的は、持ち運び及び作動が簡単な応用電池及びこの応用電池を用いた緊急電源装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、長期間の保存ができ、非常用電源として使用可能な応用電池及びこの応用電池を用いた緊急電源装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、初期及び長時間使用時の電圧及び電流特性が非常に優れている応用電池及びこの応用電池を用いた緊急電源装置を提供することにある。

本発明によれば、ハウジングと、ハウジング内に設けられた複数のセルとを備えており、使用時にハウジング内に注水することによって作動する応用電池であって、複数のセルの各々は、正極を構成する炭素化布と、炭素化布に電気的に接続された正極引出し電極と、炭素化布に密着して設けられた塩含有布と、塩含有布に密着して設けられた吸水性を有する紙シートと、紙シートに密着して設けられていると共に負極を構成しており、正極よりイオン化傾向が高い材料で形成された金属板と、金属板に電気的に接続された負極引出し電極と、炭素化布、正極引出し電極、塩含有布、紙シート、金属板及び負極引出し電極を互いに圧着する収縮カバー部材とを備えており、塩含有布は、複数層織綿布に塩を含浸させた布で構成されている応用電池が提供される。

応用電池を作動させない状態では、ハウジング内には、真水や食塩水や海水等の液体は導入されず、従って内部は液体の存在しない状態にあるから、持ち運びや保管が非常に容易である。また、液体を注入しなければ反応がほとんど生じないため、長期間の保存が可能となる。応用電池を作動させる場合、ハウジング内に少量の例えば水道水等の液体を注入すると、ハウジングの底部にわずかに溜まったその液体が吸水性を有する紙シートを伝わって塩含有布全体を湿潤させ、その布に含有されている塩が液体内に溶出することで、塩含有布及び紙シートが正極及び負極間の電解液媒体として機能する。これにより、負極周辺において水素イオンによる放電反応が生じ、一方、炭素化布の正極では水素イオンに反応せず電子は負極から正極に移動しようとし、起電力が発生する。このように、炭素化布に塩含有布が密着して設けられ、この塩含有布に吸水性を有する紙シートが密着して設けられ、この紙シートにイオン化傾向が高い材料で形成された金属板が密着して設けられているため、わずかな量の液体が紙シートに接するのみで、電池として作動させることができる。また、収縮カバー部材によって、炭素化布、正極引出し電極、塩含有布、紙シート、金属板及び負極引出し電極を互いに圧着させているため、負極と正極との距離をほぼ一定に保つことができる。さらに、収縮カバー部材の取付けにより、炭素化布と正極引出し電極との電気的接続並びに金属板と負極引出し電極との電気的接続が可能となり、しかも、この接続作業を収縮カバー部材の取付けのみで確実に実施できるため、作業工程が非常に容易となり、製造コストも安価となる。特に本発明によれば、塩含有布として、１枚の布が２層以上の複数層織綿布に食塩を含有させたものを用いているため、初期電圧及び初期電流が大幅に高くなる。また、時間経過後の電圧及び電流の低下も非常に小さい。

炭素化布が、セルロース系繊維の糸からなる織布、編布、織編布又は不織布による原料繊維体を加熱炭素化してなる織布、編布、織編布又は不織布の炭素化布であることが好ましい。このように、炭素化布として特殊な炭素化布を用いることにより、初期電圧及び初期電流をいずれも大幅に高くすることができ、時間経過後の電圧及び電流の低下を共に小さくすることができる。

塩含有布の塩含有濃度が５％以上であることが好ましい。複数層織綿布を使用した塩含有布において、塩含有濃度が５％以上であれば良好な電圧及び電流特性が得られる。

塩含有布が炭素化布の周囲に密着して設けられていると共に、紙シートが塩含有布の周囲に密着して設けられており、紙シートを挟んで１対の金属板が密着して設けられていることが好ましい。これにより、単一のセルで２つの電池構造を構成することができる。

この場合、複数のセルの各々は正極支持板をさらに備えており、正極引出し電極は正極支持板に固着されており、炭素化布は正極引出し電極が固着された正極支持板の周囲に密着して設けられていることがより好ましい。

金属板がマグネシウム材料によって形成された平板であることも好ましい。

複数のセルの各々は、正極引出し電極に電気的に接続された正極リード線と、負極引出し電極に電気的に接続された負極リード線とを備えており、正極リード線及び負極リード線が直列及び／又は並列に結線されることにより１対の外部引出しリード線が構成されていることも好ましい。複数のセルを直列及び／又は並列に接続することで、所望の電圧及び電流容量の応用電池を得ることができる。

ハウジングは直方体形状に構成されており、その少なくとも１つの側面に、他のハウジングの少なくとも１つの側面に設けられた少なくとも１つの凸状突起及び／又は凹状突起と嵌合し、これらハウジングを互いに連結する少なくとも１つの凹状突起及び／又は凸状突起を備えていることも好ましい。複数のハウジングを自由に組み合わせて一体化できるので、全体として所望の電圧及び電流容量の応用電池を得ることができる。

先端がハウジングから突出している注水管と、ハウジングに形成された外部引出しリード線取り出し口とをさらに備えていることも好ましい。

本発明によれば、さらに、上述の応用電池が複数個並列に配置されており、複数の排出口内に複数の応用電池の複数の注水管の先端がそれぞれ係合して配置された複数の水タンクと、複数の水タンクを同時に押下げて複数の排出口内にあらかじめ形成されている閉止膜を注水管の先端によって破断可能とする押下げ部材とを備えている緊急電源装置が提供される。

押下げ部材を押下げするのみで、複数の水タンクからの液体を複数の応用電池内に同時に注入することができるため、緊急時に容易にかつ素早く緊急電源装置を作動させることができる。

取外し可能であり、複数の水タンクの押下げを阻止するための押下げ阻止部材をさらに備えていることが好ましい。このような押下げ阻止部材を設けることにより、誤って緊急電源装置を作動させてしまうような不都合を防止することができる。

本発明によれば、炭素化布に塩含有布が密着して設けられ、この塩含有布に吸水性を有する紙シートが密着して設けられ、この紙シートにイオン化傾向が高い材料で形成された金属板が密着して設けられているため、わずかな量の液体が紙シートに接するのみで、電池として作動させることができる。また、収縮カバー部材によって、炭素化布、正極引出し電極、塩含有布、紙シート、金属板及び負極引出し電極を互いに圧着させているため、負極と正極との距離をほぼ一定に保つことができる。さらに、収縮カバー部材の取付けにより、炭素化布と正極引出し電極との電気的接続並びに金属板と負極引出し電極との電気的接続が可能となり、しかも、この接続作業を収縮カバー部材の取付けのみで確実に実施できるため、作業工程が非常に容易となり、製造コストも安価となる。塩含有布として、１枚の布が２層以上の複数層織綿布に食塩を含有させたものを用いているため、初期電圧及び初期電流が大幅に高くなる。また、時間経過後の電圧及び電流の低下も非常に小さい。

本発明の応用電池の一実施形態における各セルの基本的な構成を模式的に示す斜視図である。 図１の実施形態におけるセルの具体的な構造を詳しく示す斜視図である。 図１の実施形態における応用電池の外観を示す斜視図である。 各セルにおける電極面積と電圧及び電流との関係を表す特性図である。 各セルにおける電極の数と電圧及び電流との関係を表す特性図である。 図１の実施形態における応用電池の内部に収容される複数のセル及び結線状態を示す斜視図である。 図６の結線状態を説明する配線図である。 １層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布を用いた場合の食塩含有濃度に対する初期電圧の関係を測定した特性図である。 １層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布を用いた場合の食塩含有濃度に対する初期電流の関係を測定した特性図である。 １層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布を用い、食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電圧の関係を測定した特性図である。 １層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布を用い、食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電圧の関係を測定した特性図である。 １層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布を用い、食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電流の関係を測定した特性図である。 １層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布を用い、食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電流の関係を測定した特性図である。 食塩含有綿布及び食塩未含有綿布を用いた場合の立ち上がり時間に対する電圧の関係を測定した特性図である。 食塩含有綿布及び食塩未含有綿布を用いた場合の立ち上がり時間に対する電流の関係を測定した特性図である。 食塩含有綿布及び食塩未含有綿布を用いた場合の放置時間に対する電圧の関係を測定した特性図である。 食塩含有綿布及び食塩未含有綿布を用いた場合の放置時間に対する電流の関係を測定した特性図である。 本発明及び市販の炭素化布を用いた場合の食塩含有濃度に対する初期電圧の関係を測定した特性図である。 本発明及び市販の炭素化布を用いた場合の食塩含有濃度に対する初期電流の関係を測定した特性図である。 本発明及び市販の炭素化布を用い、食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電圧の関係を測定した特性図である。 本発明及び市販の炭素化布を用い、食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電圧の関係を測定した特性図である。 本発明及び市販の炭素化布を用い、食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電流の関係を測定した特性図である。 本発明及び市販の炭素化布を用い、食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電流の関係を測定した特性図である。 ハウジングの一変更態様を説明する平面図である。 ハウジングの他の変更態様を説明する平面図である。 本発明の緊急電源装置の一実施形態の全体構成を概略的に示す斜視図である。 図２６の実施形態における緊急電源装置の分解斜視図である。 図２６の実施形態における緊急電源装置をケース内に収納した状態を示す斜視図である。

図１は本発明の応用電池の一実施形態における各セルの基本的な積層構造を模式的に示しており、図２は図１の実施形態におけるセルの具体的な構造を詳しく示している。なお、図２（Ａ)〜(Ｆ)は中心部側の構造〜外周部側の構造をそれぞれ示すものである。

これらの図において、１０は応用電池の単一のセル、１１は積層構造の中心に位置する正極支持板、１２はこの正極支持板１１に固着された正極引出し電極をそれぞれ示している。正極支持板１１は例えばプラスチック等の絶縁材料による平板であり、正極引出し電極１２はこの平板の一面又は両面に接着された例えば銅等の導電性金属材料による平板である。

この正極引出し電極１２には、図２（Ａ)に示すように、正極リード線１３の一端がハンダ付けによって電気的に接続されている。

正極引出し電極１２が固着された正極支持板１１には正極を構成する炭素化布１４が密着して積層されている。より具体的には、図２（Ｂ)に示すように、炭素化布１４は正極支持板１１に密着してその縦方向の周囲に巻かれている。本実施形態で用いている炭素化布１４は、セルロース系繊維の糸からなる織布、編布、織編布又は不織布を原料繊維体とし、これを加熱炭素化してなる織布、編布、織編布又は不織布であり、新日本テックス株式会社が提供するものである。この炭素化布１４は、剛直な炭素繊維を織ったものではなく、炭素化焼成前の出発原料であるセルロース系繊維の糸自体が柔らかく自由な方向性を持っているため、繊維が面方向のみに揃っておらず、厚さ方向にも充分に配合されているため、面方向のみならず厚さ方向にも非常に良好な電導性、誘電特性、熱伝導性及び圧縮強度を有するものである。

正極を構成する炭素化布１４には、塩含有布１５が密着して積層されている。より具体的には、図２（Ｃ)に示すように、塩含有布１５は炭素化布１４に密着してその縦方向の周囲に巻かれている。この塩含有布１５は、本実施形態では、脱脂布を飽和食塩水に含浸させて乾燥させて構成されており、湿潤状態となると、その塩が溶出して電解液媒体として機能する。特に、本実施形態において、塩含有布１５は、後述するように、１枚の布が２層以上の複数層織綿布に食塩を含有させたもので構成されている。

塩含有布１５には、吸水性を有する紙シート１６が密着して積層されている。より具体的には、図２（Ｄ)に示すように、紙シート１６は塩含有布１５に密着してその横方向の周囲に巻かれている。この紙シート１６は、密度１％以下の天然パルプからなる紙のシートであり、注水されハウジング内の底部にわずかに溜まった液体を毛細管現象により吸い上げて塩含有布１５全体を湿潤させ、その布に含有されている食塩が液体内に溶出することで、後述するように、この塩含有布１５及び紙シート１６が正極及び負極間の電解液媒体として機能する。

紙シート１６には、負極を構成するマグネシウム材料による金属板１７が密着して積層されている。より具体的には、図２（Ｅ)に示すように、１対のマグネシウム材料による平板状の金属板１７が紙シート１６を挟んでその両方の面上にそれぞれ密着して積層されている。

金属板１７としては、正極である炭素化布１４よりイオン化傾向が高い材料であればマグネシウム以外にも、アルミニウム、リチウム等、種々の材料が適用可能である。また、その形状も平板に限定されるものではない。さらに、紙シート１６の片面に１枚のみ密着して積層させても良い。

各金属板１７には、負極引出し電極１８が取り付けられている。本実施形態では、負極引出し電極１８として、銅等の導電材料による例えばリベットを金属板１７に挿通させて固着したものを用いている。各負極引出し電極１８には、図２（Ｅ)に示すように、負極リード線１９の一端がハンダ付けによって電気的に接続されている。

図２（Ｅ)には示されていないが、以上述べた正極支持板１１、正極引出し電極１２、炭素化布１４、塩含有布１５、紙シート１６、１対の金属板１７及び負極引出し電極１８を互いに積層した積層体をテープによって仮止めする。その後、この仮止め積層体を熱収縮チューブ内に挿入して加熱することにより、熱収縮チューブを収縮させる。

これにより、図２（Ｆ)に示すように、仮止め積層体全体が収縮カバー部材２０で内に堅固に圧着固定されたセル１０が得られる。収縮カバー部材２０によって、正極支持板１１、正極引出し電極１２、炭素化布１４、塩含有布１５、紙シート１６、１対の金属板１７及び負極引出し電極１８が堅固に互いに圧着固定されるため、負極と正極との距離をほぼ一定に保つことができる。また、収縮カバー部材２０の取付けにより、炭素化布１４と正極引出し電極１２との電気的接続が可能となり、しかも、この接続作業を収縮カバー部材２０の取付けのみで確実に実施できるため、作業工程が非常に容易となり、製造コストも安価となる。

図４はこのようなセル１０における電極面積と電圧及び電流との関係を表しており、図５はセル１０において例えば負極に取り付ける引出し電極の数と電圧及び電流との関係を表している。図４に示すように、電極の面積を変化させても、電圧特性及び電流特性は変化しないが、負極又は正極に取り付ける引出し電極の数を変化させると、特に電流特性が大きく変化する。

本実施形態の１つの応用電池は、以上述べたセル１０を複数個結線し、ハウジング内に収容することによって構成される。図５はこの応用電池の外観を示しており、ハウジング５０はプラスチック材料を成型して直方体形状に構成されており、上面が開口した箱体５１とその上面を閉止する蓋体５２とを備えている。

箱体５１の１つの側面５１ａには断面が凹状の突起５３ａと断面が凸状の突起５４ａとが設けられており、その反対側の側面５１ｂには断面が凹状の突起５３ｂと断面が凸状の突起５４ｂとが設けられている。凹状突起５３ａ及び凸状突起５４ａ又は凹状突起５３ｂ及び凸状突起５４ｂは、他のハウジングにおける凸状突起及び凹状突起にそれぞれ嵌合するように構成されている。このような嵌合を行うことによって、複数のハウジングを互いに連結し、複数の応用電池配列とすることができる。

蓋体５２には注水管５５が挿入される貫通孔５２ａと正のリード線５６ａ及び負のリード線５６ｂが挿通する貫通孔５２ｂとが開口しており、貫通孔５２ａは注水管５５を通した後に隙間が接着剤等で密封され、貫通孔５２ｂは正のリード線５６ａ及び負のリード線５６ｂを通した後、接着剤等で密封される。本実施形態においては、注水管５５はその突出先端が傾斜して開口されており、鋭利な先端となっている。

箱体５１の開口を蓋体５２で閉止し、接着剤で密封することにより、ハウジング５０は、注水管５５を除いて水密となる。なお、ハウジング５０の寸法は、内部に収容されるセル１０の寸法及び数によって適宜選択されるが、本実施形態では、例えば縦８５ｍｍ、横２５ｍｍ、高さ６０ｍｍに設定されている。ハウジングの形状も直方体形状に限定されることなく、筒形形状、錐体形状、球形形状又はその他の任意の形状とすることができる。

図６はこのハウジング５０の内部に収容される複数のセル及び結線状態を示しており、図７は図６の結線状態を配線図で説明している。複数（この場合８つ）のセル１０を互いに重ねて配列し、各セルの正極リード線及び負極リード線を互いに並列接続及び／又は直列接続されるように結線しハンダ付けする。各セルの正極リード線及び負極リード線の結線状態は、この例に限定されることなく、必要に応じて種々の結線状態を適用可能である。内部に収容するセル１０の個数、結線形態は必要とする電圧及び電流容量によって適宜設定される。図６及び図７に示した結線の場合、１つの応用電池から１．４Ｖ×４＝５．６Ｖ、１１６０ｍＡの出力が得られる。

前述したように、本実施形態においては、塩含有布１５として、１枚の布が２層以上の複数層織綿布に食塩を含有させたものを用いているため、非常に良好な電圧及び電流特性を得ることができる。以下この点について詳細に説明する。

本願発明者は、塩含有布１５を１層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布で構成した複数のサンプルの初期の電圧及び電流特性について、並びにその時間経過特性について測定した。さらに、塩含有布１５を１層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布で構成した複数のサンプルの食塩含有濃度に対する電圧及び電流特性について測定した。実際に測定した電圧及び電流値は、サンプルの端子電圧及び端子電流値である。周知のように、この端子電圧は、起電圧と内部抵抗による電圧降下とを加算した値に相当する。

各サンプルの構成は前述したセル１０の構成と同様である。即ち、正極としては、新日本テックス株式会社が提供する、セルロース系繊維の糸からなる織布、編布、織編布又は不織布を原料繊維体とし、これを加熱炭素化してなる織布、編布、織編布又は不織布の炭素化布１４を用いた。各正極の寸法は２０ｍｍ×５０ｍｍである。負極としては、マグネシウム材料による平板状の金属板１７を用いた。各負極の寸法は２０ｍｍ×５０ｍｍである。塩含有布１５としては、１層織、２層織及び３層織の脱脂綿布を用いた。各綿布を飽和食塩水に含浸させて使用している。

図８〜図１３はその測定結果を示しており、図８は食塩含有濃度に対する初期電圧の関係、図９は食塩含有濃度に対する初期電流の関係、図１０は食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電圧の関係、図１１は食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電圧の関係、図１２は食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電流の関係、及び図１３は食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電流の関係をそれぞれ示している。

図８及び図９から分かるように、塩含有布１５を構成する綿布として、１層織綿布を用いるより、２層織綿布を用いた方が初期電圧及び初期電流がいずれも大幅に高くなっており、３層織綿布を用いるとさらに高くなっている。また、図１０〜図１３から分かるように、塩含有布１５を構成する綿布として、１層織綿布を用いるより、２層織綿布を用いた方が時間経過後の電圧及び電流の低下が共に小さく、３層織綿布を用いるとさらに小さくなっている。従って、１層織綿布を用いるより、２層織綿布を用いた方がより優れた電気的特性が得られ、３層織綿布を用いるとさらに優れた電気的特性が得られることとなる。換言すれば、塩含有布１５を構成する綿布として、複数層織綿布を使用することが望ましいこととなる。複数層織綿布を用いることにより、各層間により多くの塩成分が含有されるために電気的特性が向上しているものと推察される。

また、図８及び図９から分かるように、複数層織綿布を使用した塩含有布１５において、食塩含有濃度が５％以上であれば充分に大きな初期電圧及び初期電流が得られている。なお、この測定例では、食塩含有濃度が２５％の場合までしか測定されていないが、初期電圧は食塩含有濃度が１５％以上でサチュレートしているため、２５％を超えても良好な特性が得られるものと推察できる。また、初期電流も食塩含有濃度が上昇するにつれて増大しているため、２５％を超えても良好な特性が得られるものと期待できる。さらに、図１０〜図１３から分かるように、複数層織綿布を使用した塩含有布１５において、食塩含有濃度が１０％の場合より２０％の場合により良好な時間経過後の電圧及び電流特性が得られている。従って、複数層織綿布を使用した塩含有布１５において、食塩含有濃度が５％以上であれば良好な電圧及び電流特性が得られるものと理解される。

さらに、本願発明者は、塩含有布１５を構成する綿布に食塩を含有させたサンプルと、食塩を含有させないサンプルとの立ち上がり電圧及び電流特性について、並びにその時間経過特性について測定した。実際に測定した電圧及び電流値は、サンプルの端子電圧及び端子電流値である。

各サンプルの構成は前述したセル１０の構成と同様である。即ち、正極としては、新日本テックス株式会社が提供する、セルロース系繊維の糸からなる織布、編布、織編布又は不織布を原料繊維体とし、これを加熱炭素化してなる織布、編布、織編布又は不織布の炭素化布１４を用いた。各正極の寸法は２０ｍｍ×５０ｍｍである。負極としては、マグネシウム材料による平板状の金属板１７を用いた。各負極の寸法は２０ｍｍ×５０ｍｍである。綿布としては、２層織の脱脂綿布を用いた。綿布に食塩を含有させたサンプルは２０％の食塩水を３ｃｃ注水して使用し、綿布に食塩を含有させないサンプルは水道水を３ｃｃ注水して使用している。

図１４〜図１７はその測定結果を示しており、図１４は立ち上がり時間に対する電圧の関係、図１５は立ち上がり時間に対する電流の関係、図１６は放置時間に対する電圧の関係、及び図１７は放置時間に対する電流の関係をそれぞれ示している。

図１４及び図１５から分かるように、綿布として、塩含有布１５のように食塩を含有する綿布を用いることにより、食塩未含有の綿布を用いる場合より、電圧及び電流がいずれも大きく、しかも、立ち上がりがはるかに早い。また、図１６及び図１７から分かるように、綿布として、食塩を含有する綿布を用いることにより、食塩未含有の綿布を用いる場合より、時間経過後の電圧及び電流の低下が共に小さくなっている。従って、食塩未含有の綿布を用いるより、食塩含有の綿布を用いた方が優れた電気的特性が得られることとなる。

また、本実施形態において、炭素化布１４として、新日本テックス株式会社が提供する、セルロース系繊維の糸からなる織布、編布、織編布又は不織布を原料繊維体とし、これを加熱炭素化してなる織布、編布、織編布又は不織布を使用しているため、非常に良好な電圧及び電流特性を得ることができる。以下この点について詳細に説明する。

本願発明者は、炭素化布１４を本発明の特殊な炭素化布、市販されている一般的な炭化布Ａ及びＢで構成した複数のサンプルの初期の電圧及び電流特性について、並びにその時間経過特性について測定した。さらに、炭素化布１４を本発明の特殊な炭素化布、市販されている一般的な炭化布Ａ及びＢで構成した複数のサンプルの食塩含有濃度に対する電圧及び電流特性について測定した。実際に測定した電圧及び電流値は、サンプルの端子電圧及び端子電流値である。

各サンプルの構成は前述したセル１０の構成と同様である。即ち、正極としては、新日本テックス株式会社が提供する、セルロース系繊維の糸からなる織布、編布、織編布又は不織布を原料繊維体とし、これを加熱炭素化してなる織布、編布、織編布又は不織布の炭素化布１４を用いた。各正極の寸法は２０ｍｍ×５０ｍｍである。負極としては、マグネシウム材料による平板状の金属板１７を用いた。各負極の寸法は２０ｍｍ×５０ｍｍである。塩含有布１５としては、２層織の脱脂綿布を用い、これを飽和食塩水に含浸させて使用している。

図１８〜図２３はその測定結果を示しており、図１８は食塩含有濃度に対する初期電圧の関係、図１９は食塩含有濃度に対する初期電流の関係、図２０は食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電圧の関係、図２１は食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電圧の関係、図２２は食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電流の関係、及び図２３は食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電流の関係をそれぞれ示している。

図１８及び図１９から分かるように、炭素化布１４として、市販されている一般的な炭化布Ａ及びＢを用いるよりも本発明の特殊な炭素化布を用いることにより、初期電圧及び初期電流がいずれも大幅に高くなっている。また、図２０〜図２３から分かるように、炭素化布１４として、市販されている一般的な炭化布Ａ及びＢを用いるよりも本発明の特殊な炭素化布を用いることにより、時間経過後の電圧及び電流の低下が共に小さくなっている。従って、本発明の特殊な炭素化布を用いることにより、非常に優れた電気的特性が得られることとなる。

以上詳細に説明したように、本実施形態によれば、応用電池を作動させない状態では、ハウジング５０内には真水や食塩水や海水等の液体が注水されておらず液体が存在しないので、持ち運びや保管が非常に容易となっている。また、液体を注入しなければ反応がほとんど生じないため、長期間の保存が可能となる。応用電池を作動させる場合、注水管５５を介してハウジング５０内に少量（例えば３０ｃｃ）の水道水等の液体が注入されると、ハウジング５０の底部にわずかに溜まったその液体が吸水性を有する紙シート１６を伝わって塩含有布１５全体を湿潤させ、この塩含有布１５に含有されている塩が液体内に溶出することで、塩含有布１５及び紙シート１６が正極である炭素化布１４と負極である１対の金属板１７との間の電解液媒体として機能する。これにより、１対の金属板１７周辺において水素イオンによる放電反応が生じ、一方、炭素化布１４では水素イオンに反応せず電子は負極である１対の金属板１７から塩含有布１５及び紙シート１６を通って正極である炭素化布１４に移動しようとし、起電力が発生する。このように、炭素化布１４に塩含有布１５が密着して設けられ、この塩含有布１５に吸水性を有する紙シート１６が密着して設けられ、この紙シート１６にイオン化傾向が高い材料で形成された１対の金属板１７が密着して設けられているため、わずかな量の液体が紙シート１６に接するのみで、電池として作動させることができる。電池の起電力が低下した場合、５ｃｃ程度の液体を追加して注水することにより、起電力は復活する。しかも、塩含有布１５として、１枚の布が２層以上の複数層織綿布に食塩を含有させたものを用いているため、非常に高い初期電圧及び初期電流を得ることができる。また、長時間経過後の電圧及び電流の低下も非常に小さい。さらに、本実施形態のごとく、炭素化布１４として特殊な炭素化布を用いることにより、初期電圧及び初期電流をいずれも大幅に高くすることができ、長時間経過後の電圧及び電流の低下を共に大幅に小さくすることができる。

また、収縮カバー部材２０によって、正極支持板１１、正極引出し電極１２、炭素化布１４、塩含有布１５、紙シート１６、１対の金属板１７及び負極引出し電極１８を堅固に互いに圧着させているため、負極と正極との距離をほぼ一定に保つことができる。さらに、収縮カバー部材２０の取付けにより、炭素化布１４と正極引出し電極１２との電気的接続が可能となり、しかも、この接続作業を収縮カバー部材２０の取付けのみで確実に実施できるため、作業工程が非常に容易となり、製造コストも安価となる。

図２４及び図２５はハウジングの変更態様をそれぞれ説明している。これら変更態様は、ハウジングの寸法とその側面に形成される凸状突起及び凹状突起の数及び位置が図５に示したものと異なっている。凸状突起及び凹状突起の数及び位置としては、これらの変更態様に限定されず、種々の態様が適用可能であることはもちろんである。

図２４の変更態様においては、図１の実施形態に比較して、ハウジング８０の箱体８１における側面８１ａ及び８１ｂの長さが短くかつ側面８１ｃ及び８１ｄの長さが長くなっており、さらに、これら側面８１ａ、８１ｂ、８１ｃ及び８１ｄに、１つの凹状突起８３ａ及び１つの凸状突起８４ａ、１つの凹状突起８３ｂ及び１つの凸状突起８４ｂ、１つの凹状突起８３ｃ及び１つの凸状突起８４ｃ、並びに１つの凹状突起８３ｄ及び１つの凸状突起８４ｄがそれぞれ形成されている。この変更態様における他の構成及び作用効果は図１の実施形態の場合と同様である。

図２５の変更態様においては、図１の実施形態に比較して、ハウジング９０の箱体９１における側面９１ａ、９１ｂ、９１ｃ及び９１ｄの長さが共に長くなっており、さらに、これら側面９１ａ、９１ｂ、９１ｃ及び９１ｄに、２つの凹状突起９３ａ及び２つの凸状突起９４ａ、２つの凹状突起９３ｂ及び２つの凸状突起９４ｂ、１つの凹状突起９３ｃ及び１つの凸状突起９４ｃ、並びに１つの凹状突起９３ｄ及び１つの凸状突起９４ｄがそれぞれ形成されている。この変更態様における他の構成及び作用効果は図１の実施形態の場合と同様である。

図２６は本発明の緊急電源装置の一実施形態の全体構成を概略的に示しており、図２７は本実施形態における緊急電源装置を分解して示しており、図２８は本実施形態における緊急電源装置をケース内に収納した状態を示している。

この緊急電源装置は、図１の実施形態における応用電池を複数（図示では３つ）組み合わせると共に、緊急時に素早くかつ容易に注水して作動させることができるように工夫されている。

これらの図に示すように、本実施形態では、３つの応用電池１００ａ、１００ｂ及び１００ｃを並列に配置すると共に凹状突起及び凸状突起を互いに嵌合して固定し、各応用電池からの正負のリード線を適宜結線して最終的なリード線１０６を得ている。応用電池１００ａ、１００ｂ及び１００ｃの数に合わせた３つの水タンク１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃを用意し、これら水タンク１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃの各々内には、例えば３０ｃｃ程度の真水や食塩水や海水等の液体があらかじめ貯留されている。各水タンク、例えば水タンク１０７ａには排出口１０７ａ_１が設けられている。これら排出口内には図示されていないがこの排出口を密封的に閉鎖するための例えばアルミフォイル製の閉止膜が形成されている。これら閉止膜は、鋭利な物体を突き通すことによって破断可能となっている。

水タンク１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃは、それぞれの排出口内に応用電池１００ａ、１００ｂ及び１００ｃの注水管１０５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃの先端が密封的に差し込まれた状態で配置されている。水タンク１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃ上には、押下げ部材１０８が載置されており、緊急時にこの押下げ部材１０８を下方に押下げることによって、水タンク１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃが同時に押下げられ、排出口内の閉止膜が注水管１０５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃの先端によって破断され、その結果、水タンク１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃ内の液体が注水管を介して応用電池１００ａ、１００ｂ及び１００ｃ内に注水される。このように、押下げ部材１０８を押下げするのみで、複数の水タンク１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃからの液体を複数の応用電池１００ａ、１００ｂ及び１００ｃ内に同時に注入することができるため、緊急時に容易にかつ素早く緊急電源装置を作動させることができる。

なお、水タンク１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃの排出口の下方には、取外し可能な押下げ阻止部材１０９がかませてあり、緊急時以外は水タンクの押下げを阻止するように構成されている。このような押下げ阻止部材１０９を設けることにより、誤って緊急電源装置を作動させてしまうような不都合を防止することができる。

図２８に示すように、本実施形態における緊急電源装置１２０は、ケース１２１内に収容されており、緊急時のみ作動できるように、保管可能となっている。

なお、本発明の緊急電源装置は、上述した形態に限定されるものではなく、応用電池の数、構造及び配列態様、水タンクの数、形状、構造及び配置取付け方法、押下げ部材の形状、構造及び配置取付け方法、並びに押下げ阻止部材の構造及び配置方取付け法等は適宜設定可能であることは言うまでもない。

以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

１０ セル
１１ 正極支持板
１２ 正極引出し電極
１３ 正極リード線
１４ 炭素化布
１５ 塩含有布
１６ 紙シート
１７ 金属板
１８ 負極引出し電極
１９ 負極リード線
２０ 収縮カバー部材
５０、８０、９０ ハウジング
５１、８１、９１ 箱体
５１ａ、５１ｂ、８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ、９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄ 側面
５２ 蓋体
５２ａ、５２ｂ 貫通孔
５３ａ、５３ｂ、８３ａ、８３ｂ、８３ｃ、８３ｄ、９３ａ、９３ｂ、９３ｃ、９３ｄ 凹状突起
５４ａ、５４ｂ、８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄ、９４ａ、９４ｂ、９４ｃ、９４ｄ 凸状突起
５５、１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ 注水管
５６ａ 正のリード線
５６ｂ 負のリード線
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ 応用電池
１０６ リード線
１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ 水タンク
１０７ａ_１ 排出口
１０８ 押下げ部材
１０９ 押下げ阻止部材
１２０ 緊急電源装置
１２１ ケース

Claims (7)

1. ハウジングと、該ハウジング内に設けられた複数のセルとを備えており、使用時に前記ハウジング内に注水することによって作動する応用電池であって、
   前記複数のセルの各々は、正極を構成する炭素化布と、該炭素化布に電気的に接続された正極引出し電極と、前記炭素化布に密着して設けられた塩含有布と、該塩含有布に密着して設けられた吸水性を有する紙シートと、該紙シートに密着して設けられていると共に負極を構成しており、前記正極よりイオン化傾向が高い材料で形成された金属板と、該金属板に電気的に接続された負極引出し電極と、前記炭素化布、前記正極引出し電極、前記塩含有布、前記紙シート、前記金属板及び前記負極引出し電極を互いに圧着する収縮カバー部材とを備えており、前記塩含有布は、複数層織綿布に塩を含浸させた布で構成されていることを特徴とする応用電池。
2. 前記炭素化布が、セルロース系繊維の糸からなる織布、編布、織編布又は不織布による原料繊維体を加熱炭素化してなる織布、編布、織編布又は不織布の炭素化布であることを特徴とする請求項１に記載の応用電池。
3. 前記塩含有布の塩含有濃度が５％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の応用電池。
4. 前記塩含有布が前記炭素化布の周囲に密着して設けられていると共に、前記紙シートが前記塩含有布の周囲に密着して設けられており、該紙シートを挟んで１対の前記金属板が密着して設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の応用電池。
5. 前記複数のセルの各々は正極支持板をさらに備えており、前記正極引出し電極は該正極支持板に固着されており、前記炭素化布は前記正極引出し電極が固着された前記正極支持板の周囲に密着して設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の応用電池。
6. 先端が前記ハウジングから突出している注水管と、前記ハウジングに形成された外部引出しリード線取り出し口とをさらに備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の応用電池。
7. 請求項６に記載の応用電池が複数個並列に配置されており、複数の排出口内に前記複数の応用電池の複数の前記注水管の先端がそれぞれ係合して配置された複数の水タンクと、該複数の水タンクを同時に押下げて前記複数の排出口内にあらかじめ形成されている閉止膜を前記注水管の先端によって破断可能とする押下げ部材とを備えていることを特徴とする緊急電源装置。