JPH0713899B2 - 一次電池システム - Google Patents

一次電池システム

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JPH0713899B2
JPH0713899B2 JP59500002A JP50000283A JPH0713899B2 JP H0713899 B2 JPH0713899 B2 JP H0713899B2 JP 59500002 A JP59500002 A JP 59500002A JP 50000283 A JP50000283 A JP 50000283A JP H0713899 B2 JPH0713899 B2 JP H0713899B2
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cartridge
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electrolyte
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スペツト・スチ−ブン・ジエイ
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ウエスチングハウス・エレクトリック・コ−ポレイション
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    • D21C3/00—Pulping cellulose-containing materials
    • D21C3/003—Pulping cellulose-containing materials with organic compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/70—Arrangements for stirring or circulating the electrolyte
    • H01M50/77—Arrangements for stirring or circulating the electrolyte with external circulating path
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/30—Deferred-action cells
    • H01M6/32—Deferred-action cells activated through external addition of electrolyte or of electrolyte components
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、金属−水・電気化学セルに関し、特にこの種
のセル中の電解液組成を調整するための手段に関するも
のである。
背景技術 金属−水・電気化学的セルの一つのよく知られた形態
は、リチウム／酸化銀セルから成ったものである。この
種のセル中の電解液は、水酸化リチウムの水溶液から成
っている。このようなセルの一つの水中応用において
は、その水酸化リチウムは海水に溶解するようになって
いる。
このセルが発生する電力は、温度、電解液速度、電極面
積、電極スペーサー構造、電圧、ガス−液・容積比、お
よび電解液中の水酸化リチウム濃度、のようないくつか
の変数の関数となっている。従って、水酸化リチウム溶
解量を所望の変動値へ適切に制御し、一方、残りの変数
をほとんど一定値へ保つことにより、可変の電力出力を
得るようにすることができる。
このようなセルの動作においては、水酸化リチウムは、
その電気化学の副生成物として発生し、従ってその電解
液中の水酸化リチウムの濃度を変えることになる。この
循環式電解液中の水酸化リチウムのその濃度を制御する
ため、セルから循環してきた水酸化リチウム濃度の増し
た電解液の一部を排出して、水と置換えるが、この水
は、上述の水中応用においては海水である。
この種の応用における水酸化リチウムのその制御は、こ
のセルの電気化学的副生成物のもう一つが水素ガスであ
る、ということによって複雑になっている。この水素
は、電解液中でさほど大きく溶解せず、その中で分布混
合物を形成し、システムを加圧する傾向がある。
従来、このようなシステムにおいては、水酸化リチウム
濃度の増した電解液の一部を排出する前に、その電解液
から水素ガスを分離するようにしている。このような水
素ガス分離サブシステムは、電池システムを浅い所で使
用する場合には必要なものであり、そしてそのようなガ
ス分離サブシステムは、比較的高価で、嵩高であり、電
池システムの動作においてエネルギーの望ましくない消
費を必要とする。
従って、本発明の目的は、ガス状副生成物の分離を必要
としない一次電池システムを提供することである。
発明の開示 本発明は、システムの加圧を、所望の電力出力用の望ま
しい水酸化リチウム濃度を維持するのに適した電解液排
出速度の関数として、調節することによって、セルの電
気化学作用の結果として生成するガス状副生成物を分離
する必要性をなくした、改良形電池システムを構成する
ものである。
図示の実施例においては、所望の小さなガス対電解液・
容積比となるのに十分な水素ガス圧をシステムが持つよ
うにし、在来設計の循環ポンプの使用を可能にしてい
る。本発明は、その維持する水素ガス圧を、予め選定し
た圧力以下にして、その加圧水素ガスを収容するのに嵩
高で重量のある構造を必要としないようにする、という
ことを含んでいる。このシステムのその所望の加圧を実
施する手段を設けることにより、そのシステムの貯槽中
のガス対電解液・容積比がある減少する速度で上がるよ
うにし、これによって、電池システムの通常の動作中、
その貯槽中のガス対電解液・容積比が予め選定した最大
値より小さいある圧力において実際に一定となるように
する。
本発明は、上記の予め選定した動作圧を越える貯槽圧力
に付随して電解液を貯槽から排出する圧力調整手段を設
けること、を含んでいる。
本発明は更に、圧力制御手段を設けることを含んでお
り、この手段によって、電解液の圧力状態が電解液中の
ガス状成分の密度増加を起こすようにし、ガス−電解液
・混合物のガス状成分容積−液状成分容積の比の減少を
もたらすようにする。
本発明は広くいえば、電池システムの電気化学的作用に
付随して循環式電解液中にガス状副生成物と溶質副生成
物とを生成する電池カートリッジを含んだ電池システム
において、その電解液混合物を予め選定した圧力下に置
き、そしてこの加圧した電解液混合物の一部を水と置き
換える加圧手段を設けることを含んでいる。その圧力
は、ガス状副生成物容積対液状成分容積の比を減少させ
るように予め選定し、それによって混合物の排出する部
分の容積を減らすようにし、そして、その排出混合物を
水と置き換えた時に、電池カートリッジに供する電解液
混合物が所望の溶質濃度とガス対液体・容積比とをもつ
ようにして、この電池の所望動作ができるようにする。
従って、広くはある特定の定常動作条件下において、そ
の排出ガスの質量流量とその排出電解液の質量流量と
は、その電気化学的反応が実質上定常であるので、実質
的に定常のままである。排出するガス−液・混合物のガ
ス状部分の密度を増すようシステムの圧力を増すことに
よる結果として、排出するガス−液・混合物のガス状部
分の容積が減り、これによって排出混合物の合計容積が
減り、そして、その排出ガス−液・混合物並びにシステ
ム中のガス容積対液体容積比が減少する。
本発明の電池電解液制御システムは構造がきわめて単純
でかつ経済的であり、しかも効率の改善、寸法及び重量
の減少、および信頼性を提供するものである。
本発明のその他の特色並びに利点については、添付図面
に関して行なう以降の記述から明らかになる。
本発明を実施する最良方式 図面に開示した本発明の例示的実施例においては、全体
を10で指した電池システムを示してあり、これは、ハウ
ジング13内の電池カートリッジ・ゾーン12の中に電池カ
ートリッジ11を配置した一次電池システムから成ってい
る。そのハウジングには、ゾーン12を貯槽室15から隔て
る分割壁14を設けている。
この図示実施例においては、電池カートリッジ11は、水
酸化リチウム水溶液から成る電解液を用いたリチウム／
酸化銀・電池カートリッジから成っている。この図示の
システムにおいて、水は、周囲の海水16からその電解液
中へ導入する。
水は、周囲海水へ開いた入口18と貯槽室15へ開いた出口
19とをもつポンプ17によってその貯槽室の中へ引入れ
る。本発明は、貯槽室中の電解液の加圧を含んでおり、
従って、図示実施例においては、ポンプ17を設けて、貯
槽室15中に周囲圧力より高い圧力を生成するようにして
いる。
室15内のその圧力は、望ましくは25psi絶対値から3500p
si絶対値までのような予め選んだ昇圧にて、そして好ま
しくは100psi絶対値〜1000psi絶対値の範囲内にて、適
当な圧力調整弁20で維持する。図示の通り、この弁は、
入口21で貯槽室15へそして出口22でハウジング13の外側
へ連ながっている。
当業者には明らかなように、その弁入口は、電解液循環
路内のその他の位置、例えば電池カートリッジ出口26、
温度調節バイパス弁出口29、熱交換器通路30〜31、熱交
換器出口32、あるいは循環ポンプ出口25に連結するよう
にすることができる。
貯槽室15から電池カートリッジ11を経てその貯槽室15へ
戻る電解液の循環は、貯槽室15へ開いた入口24をもつ主
ポンプ23が行なう。このポンプ23の出口25は電池カート
リッジ11の一方の側へ連結していて、電池に電解液を通
して、温度調節バイパス弁27へ分割壁14を貫通して延び
た出口26へ送る。図示実施例においては、その温度調節
弁は、第１図に見る通り、貯槽室15中に置いているが、
この温度調節弁をその電解液循環通路中の他の適当な位
置にて設けることができることは、当業者には明らかで
ある。
この温度調節弁はその戻ってきた電解液を、第１出口28
で貯槽室15へ直接に送るか、熱交換器30（これは、熱交
換器中を循環する電解液と周囲の海水16との間でハウジ
ング13を介して熱交換を提供する）へ第２出口29で送る
よう、選択的に作動できる。当業者にとって明らかであ
るように、この熱交換は、その電解液循環通路中の任意
の所望箇所において提供するようにできる。
第１図に更に示すように、その熱交換の手段は、この中
を流れる電解液と周囲海水16との間のハウジング13を通
しての熱交換を同じく提供する第２部分31を含んでお
り、この熱交換器部分31の出口32は貯槽室15中へ開いて
いる。
第１図に示した電池システム10においては、分割壁14
に、貯槽室15と電池カートリッジ外側のゾーン12との間
に連通を与える適当な開孔33を設けてあり、これによっ
て貯槽室とゾーン12との両者が実質上等しい圧力となる
ようにしている。
第２図に示した本発明の変形例において、全体を110で
指した電池システムは、電池システム10と類似のもので
あるが、これに設けた分解壁114は、孔がなく、電池カ
ートリッジ111を囲むゾーン112内の圧力と選択的に異な
った圧力を貯槽室115中に有効に維持するようになって
いる。主ポンプ123からの出口導管125は、ゾーン112へ
開いた第１出口134と、電池カートリッジ111へ開いた第
２出口135とを備えている。従って、ゾーン112と電池カ
ートリッジへの入口とは等圧下に置いている。その他の
全ての点については、電池システム110は、電池システ
ム10と類似でありかつ類似の機能をもっている。
工業的応用性 本発明の一実施例においては、電池カートリッジ11は、
リチウム／酸化銀・電池カートリッジで構成した。ポン
プ17は、約０〜60ガロン／分の可変の出力容量をもつ容
積型ポンプで構成し、電池がフル電力を出すことが必要
なときには、貯槽室を約100〜1000psi絶対圧力に、そし
てより特定的には図示実施例においては、約200〜800ps
i絶対圧力に置くのに適する、約２〜20ガロン／分で運
転した。この主ポンプ23は、フル電力において約50〜50
0ガロン／分の排出を、約20psi〜350psiの圧力差にて行
って、電解液の所望の循環を提供した。
貯槽室15内の圧力を約200psi絶対値またはそれ以上に保
つことにより、電池カートリッジ11の運転によって生成
する水素ガス副生成物を、電解液中で圧縮して、この水
素ガスが、その電池カートリッジの運転によりつくり出
される水酸化リチウムと適当な比となって、電解液と圧
縮水素ガスとの混合物を弁20を通して排出できるように
し、この一方で、貯槽室15内の電解液中の水酸化リチウ
ムのモル濃度が、電解液をポンプで電池カートリッジへ
循環したときにそれの所望の動作を提供するのに適した
濃度となるよう維持するようにした。
この電池システムを約200から3000フィートあるいはそ
れ以上の深さの海水中で動作させた場合には、貯槽室15
中の水素ガスのその所望の圧縮を行なうのに十分な圧力
が、周辺海水によってつくり出されることが判ってい
る。しかし、この電池システムをそれより浅いところで
動作させるときには、ポンプ17と調整弁20とは、貯槽室
15内の最小限圧力を、循環流体混合物中で所望の低いガ
ス−液体・容積比を保ちながら水素ガスの十分な量の排
出を可能にするのに十分なように維持して、一次電池シ
ステムとしてのこの電池システムの連続動作を可能とす
る（その際、その再循環電解液の一部は、ポンプ17から
の新鮮な海水電解液と置き換えることによって連続的に
排出する）。
この結果として、戻ってきた電解液からの、前述の高価
でエネルギー効率の悪い水素ガスの分離は、一次電池シ
ステムの動作の効率と信頼性を改善する本発明の改良形
単純化構造によって効果的に除いている。
電池カートリッジの動作によって発生する熱は、必要な
ときには、温度調節弁27の制御の下で周辺海水へ伝える
ようにする。戻ってきた電解液混合物の温度がその温度
調節弁の設定値以下であるときには、その混合物は、熱
交換の必要なく、出口導管28を通して貯槽室15へ直接戻
すようにすることができる。
電池カートリッジをとり囲むゾーン内の圧力をその電池
カートリッジ入口の圧力と実質的に等しく保つことを望
む場合には、第２図に示したシステム110を用いること
ができる。
本電池の動作を開始するには、ある測った量の水酸化リ
チウムを海水中に溶解し、この溶液を次いでその電池カ
ートリッジ入口の中へ導入する。一つの例示的実施例に
おいては、出発溶質は、貯槽室領域中に貯えた乾燥水酸
化ナトリウムとした。当業者には明らかなように、その
他の適当な始動手段を、本発明の範囲内で利用するよう
にすることができる。
総括すると、本発明は、新規な電池システムを包含する
ものであり、このシステムにおいては、電池カートリッ
ジがその電気化学的動作中に発生するガス状副生成物を
その流体混合物内で予め選んだ圧力に維持して、そのガ
ス状成分の容積のその流体混合物中の液体成分の容積と
の比を下げるようにする。その溶質の所望濃度の維持
は、新しい溶媒を導入して加圧流体の排出する一部にと
って代わるようにし、これによって、その発生したガス
状副生成物の一部をこのシステムから除去しかつ溶質濃
度を所望水準へ減少させることによって実施する。本発
明はリチウム／酸化銀・電池システムでの使用に有利に
適合させることができる。
本発明は、この開示したシステムのいかなる修正も包含
するものであり、その際、システムの全てまたはある部
分を加圧すること、ガス及び電解液を混合物として排出
できるようにすること、が望ましい。従って、本発明
は、循環電解液がガス／液・混合物を通常成す用途に適
合させることができる。
特定の実施例の以上の開示は、本発明が包含する広い発
明概念を例示したものである。
［図面の簡単な説明］ 第１図は、本発明を具体化した電池システムの概略図で
ある。
第２図は、本発明を具体化した第１図のシステムの一部
の変形例の部分的な概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スペツト・スチ−ブン・ジエイ アメリカ合衆国オハイオ州44060メント −・スカイライン・ビユ−・ドライブ7791 (72)発明者 ヒルズ・リチヤ−ド・シ− アメリカ合衆国オハイオ州44024チヤ−ド ン・ナンタケツト・ドライブ12311

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】イ）液体の溶媒（16）中に沈められるよう
    になっており、かつ貯槽および電池カートリッジ・ゾー
    ン（12）を定めている閉鎖ハウジング（13）、 ロ）電解液としての前記溶媒と溶質と、及び電気化学的
    運転の結果としての生成ガスと追加の溶質副生成物と、
    を利用する電気化学セルから成っている、前記電池カー
    トリッジ・ゾーン中の電池カートリッジ（11）、 ハ）追加の溶媒を前記ハウジングの外から該ハウジング
    内へ供給する供給手段（17-19）、 ニ）前記電解液を生成溶質、生成ガスおよび追加溶媒と
    一緒に含む流体混合物を、前記貯槽から前記カートリッ
    ジを通って前記貯槽へ戻るよう循環させる循環手段（2
    3）、および ホ）過剰の流体混合物を前記貯槽から排出させる圧力調
    整手段（20-22）、 とを備えた一次電池システムであって、 前記供給手段（17-19）が、前記ハウジングの外の圧力
    よりも高い圧力にて前記溶媒を供給する手段（17）を含
    み、 前記圧力調整手段（20-22）が、前記貯槽内の圧力が所
    定の動作圧力を越えたときに動作して前記流体混合物の
    その昇圧条件によりガス対液体の比を減少させるように
    する手段（20）を含んでいること、 を特徴とする一次電池システム。
  2. 【請求項２】前記電池カートリッジ（11）は、リチウム
    の負極と酸化銀の正極とを備えている、請求の範囲第１
    項記載の一次電池システム。
  3. 【請求項３】前記電解液は、海水と水酸化リチウムの溶
    液から成っている、請求の範囲第２項記載の一次電池シ
    ステム。
  4. 【請求項４】前記循環手段（23）は、前記カートリッジ
    から出る前記流体の少なくとも１部を冷却するため前記
    カートリッジの回りに形成した熱伝達手段（30,31）を
    含んでいる、請求の範囲第１項から第３項のいずれかに
    記載の一次電池システム。
  5. 【請求項５】前記熱伝達手段（30,31）は、前記ハウジ
    ングを介して前記追加溶媒（16）と熱交換関係にある、
    請求の範囲第４項記載の一次電池システム。
  6. 【請求項６】前記ハウジングは、前記カートリッジ・ゾ
    ーンと前記貯槽との間に、前記電池カートリッジ・ゾー
    ン内の前記電解液を前記貯槽内と同じ圧力に維持するた
    めの手段（33）を備えている、請求の範囲第１項から第
    ５項のいずれかに記載の一次電池システム。
  7. 【請求項７】前記循環手段（23）は、前記電池カートリ
    ッジ・ゾーン（112）を前記電池カートリッジ（111）へ
    の入口での圧力と同じ圧力に維持するため、前記電池カ
    ートリッジ・ゾーン（112）と前記電池カートリッジ（1
    11）の入口とに連通した手段（134.135）を備えてい
    る、請求の範囲第１項から第５項のいずれかに記載の一
    次電池システム。
  8. 【請求項８】前記供給手段（17-19）が含む前記手段（1
    7）は、高圧ポンプ（17）である、請求の範囲第１項か
    ら第７項のいずれかに記載の一次電池システム。
  9. 【請求項９】前記ポンプ（17）は、容積型ポンプであ
    る、請求の範囲第８項記載の一次電池システム。
  10. 【請求項１０】前記供給手段は、周囲の圧力が約1000ps
    i絶対値より低いとき動作するようになっている、請求
    の範囲第１項から第９項のいずれかに記載の一次電池シ
    ステム。
JP59500002A 1982-12-13 1983-11-14 一次電池システム Expired - Lifetime JPH0713899B2 (ja)

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US06/449,485 US4435487A (en) 1982-12-13 1982-12-13 Primary battery system
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