(57)【要約】【課題】簡単な仕組みで循環システムを継続して稼動できる時間を長くすることができるマグネシウム空気電池システムを提供する。【解決手段】循環型のマグネシウム空気電池システムであって、正極と負極とを備える発電部と、前記発電部に供給する電解液を収容するとともに、前記発電部において生成される堆積物を貯蔵する貯蔵部と、前記貯蔵部内の電解液を前記貯蔵部の上方に位置する前記発電部に汲み上げるように移送する電解液移送機構と、前記発電部内の堆積物を前記貯蔵部に移送する貯蔵物移送機構と、前記貯蔵部内において、前記電解液移送機構の前記電解液中の下方に向いた吸入口の位置を自動調整する吸入口位置調整部材と、を有することを特徴とする循環型のマグネシウム空気電池システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環型のマグネシウム空気電池システムであって、
正極と負極とを備える発電部と、
前記発電部に供給する電解液を収容するとともに、前記発電部において生成される堆積物を貯蔵する貯蔵部と、
前記貯蔵部内の電解液を前記貯蔵部の上方に位置する前記発電部に汲み上げるように移送する電解液移送機構と、
前記発電部内の堆積物を前記貯蔵部に移送する堆積物移送機構と、
前記貯蔵部内において、前記電解液移送機構の前記電解液中の下方に向いた吸入口の位置を自動調整する吸入口位置調整部材と、
を有することを特徴とする循環型のマグネシウム空気電池システム。
【請求項２】
前記吸入口位置調整部材は、
前記吸入口の位置を前記電解液の上面位置又は前記電解液内に保持する部材である請求項１に記載の循環型のマグネシウム空気電池システム。
【請求項３】
前記吸入口位置調整部材は、
前記電解液移送機構の吸入口を固定するとともに、前記電解液の上面又は前記電解液内に浮いているフロートを有することを特徴とする請求項１に記載の循環型のマグネシウム空気電池システム。
【請求項４】
前記フロートは平板状の部材であり、
前記フロートを厚さ方向に貫通する貫通孔と、
前記貫通孔に挿入することで前記フロートの表面側において表面に沿うように曲げられた継ぎ手部材と前記電解液移送機構との間を接続するホース部材を設けることで、前記吸入口の位置を前記継ぎ手部材の前記ホース部材とは反対側の開口部とすることを特徴とする請求項３に記載の循環型のマグネシウム空気電池システム。
【請求項５】
前記フロートは、
表面張力又は浮力により、前記電解液の所定の位置に浮いている請求項４に記載のマグネシウム空気電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム空気電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気電池システムとして、例えばマグネシウム空気電池システムがある。マグネシウム空気電池は、空気中の酸素を正極活物質、マグネシウムを負極活物質、食塩水を電解液とするものである。特に、電解液を発電システムに供給し、発電システムにおいて生成した堆積物を排出するタンクを有する循環型空気電池システムは、継続して発電が可能であるという利点がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０４６６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の循環型空気電池システムには、以下のような問題があった。
【０００５】
図６は、従来の循環型マグネシウム空気電池Ｘの一構成例を示す図である。タンク１０１内には食塩水などの電解液１０５が溜められている。電解液１０５内に吸入口１３３ａが位置するように給水管１３３を配置し、ポンプ１３１により給水管１３５を介して発電システム（発電セル）１２１内に電解液１２３を溜め、電解液１２３とマグネシウム電極１２７との反応により電力を発生させることができる。発電の過程で生成される水酸化マグネシウムの堆積物１２５を、配水管１３７によりバルブ１４１を介して、タンク１０１内に排水することで、発電可能な時間を長くすることができる。符号１０３は、電解液１０５上の空間である。タンク１０１には、開口部１３１ａ、１４１ａを設け、給水管１３３および配水管１３７を通す。
【０００６】
発電過程で電解液１０５内の水が消費されるため、発電時間が延びるにつれてタンク１０１内の電解液１０５のレベルが変化する。そこで、電解液１０５のレベルの変化の影響を受けないようにするため、吸入口１３３ａの位置をタンク１０１の下部に配置し、電解液１０５を吸入しやすいようにしていた。
【０００７】
しかしながら、吸入口１３３ａの位置をタンク１０１の下部に配置すると、タンク１０１内に堆積物１０７が堆積されＬ１からＬ３のように堆積物１０７の上面のレベルが上がっていき、堆積物１０７の上面の位置が吸入口１３３ａの位置よりも上になると（Ｌ２）、ポンプ１３１が堆積物１０７を吸ってしまい、ポンプ１３１の動作不良につながるという問題がある。
【０００８】
従って、堆積物１０７の発生具合、電解液１０５の消費量を確認しながら、ポンプ１３１の吸入口１３３ａの上下方向の位置を微調整したり、電解液１０５を増量したりするなどの対策をとる必要があった。
【０００９】
尚、位置Ｐ１に仕切りを設け、或いはタンクを２つ設ける方法もあるが、構造が複雑になるという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記のような複雑な対策を必要とせず、簡単な仕組みで循環システムを継続して稼動できる時間を長くすることができるマグネシウム空気電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明では、例えば、ポンプの吸入口に位置調整部材（例えば、フロート（浮き））を取付け、タンク上部の電解液を給水することにより、堆積物の吸込み抑制と、電解液のレベル変化に対応する。
【００１２】
本発明の一観点によれば、循環型のマグネシウム空気電池システムであって、正極と負極とを備える発電部と、前記発電部に供給する電解液を収容するとともに、前記発電部において生成される堆積物を貯蔵する貯蔵部と、前記貯蔵部内の電解液を前記貯蔵部の上方に位置する前記発電部に汲み上げるように移送する電解液移送機構と、前記発電部内の堆積物を前記貯蔵部に移送する堆積物移送機構と、前記貯蔵部内において、前記電解液移送機構の前記電解液中の下方に向いた吸入口の位置を自動調整する吸入口位置調整部材と、を有することを特徴とする循環型のマグネシウム空気電池システムが提供される。
【００１３】
前記吸入口位置調整部材は、前記吸入口の位置を前記電解液の上面位置又は前記電解液内に保持する部材であることが好ましい。
【００１４】
前記貯蔵部内の前記堆積物の量に依存せずに、前記電解液内に保持することで、前記電解液移送機構を継続的に稼動させることができる。
【００１５】
前記吸入口位置調整部材は、前記電解液移送機構の吸入口を固定するとともに、前記電解液の上面又は前記電解液内に浮いているフロートを有することを特徴とする。
【００１６】
ここで、前記フロートは平板状の部材であり、前記フロートを垂直方向（厚さ方向）に貫通する貫通孔と、前記貫通孔に挿入することで前記フロートの表面側において表面に沿うように曲げられた継ぎ手部材と前記電解液移送機構との間を接続するホース部材を設けることで、前記吸入口の位置を前記継ぎ手部材の前記ホース部材とは反対側の開口部とすることを特徴とする。ここで、前記フロートは、表面張力又は浮力により前記電解液の所定の位置に浮いていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、循環型のマグネシウム空気電池システムにおいて、簡単な仕組みで循環システムを継続して稼動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態による循環型マグネシウム空気電池システムの一構成例を示す図である。
【図２】図２（ａ）は、フロートとホース部材とをエルボー接続部材により接続する接続構造の一例を示す側断面図である。図２（ｂ）は、その斜視図である。
【図３】本実施の形態によるマグネシウム空気電池システムにおける動作の流れを示すフローチャート図である。
【図４】図３に沿った構成の変化を示す図であり、図１に対応する図である。ステップＳ３の処理を行った後の構成例を示す図である。
【図５】図３に沿った構成の変化を示す図であり、図１に対応する図である。ステップＳ２の状態における構成例を示す図である。
【図６】従来の循環型マグネシウム空気電池の一構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の一実施の形態によるマグネシウム空気電池システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態による循環型マグネシウム空気電池システムＡの一構成例を示す図である。循環型マグネシウム空気電池システムＡには、図示しないが、例えば、枠体と、枠体の下面に取り付けられたキャスターとが設けられ、移動が容易になっている。
【００２１】
タンク（貯蔵部）１内には食塩水などの電解液５が溜められている。電解液５内に吸入口３３ａが位置するように給水管３３を配置し、ポンプ（第１の移送機構）３１により給水管３３、３５を介して発電システム（発電セル）２１内に電解液２３を溜め、電解液２３とマグネシウム電極（負極）２７との以下の反応により電力を発生させることができる。図示しない正極は、空気中の酸素を反応させる空気極である。
【００２２】
正極：  O2+ 2H2O + 4e-→4OH-(E0 = 0.4 V)
負極:  2Mg→2Mg2++4e-(E0 = -2.36 V)
【００２３】
発電の過程で生成される水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）２の堆積物２５を含む電解液２３を、排水弁（バルブ、第２の移送機構）４１を介して、配水管３７によりタンク１内に排水可能とすることで、堆積物２５を発電セル２１内から排除する。このような循環型のマグネシウム空気電池システムによれば、発電可能な時間を長くすることができる。ここで、タンク１内に、電解液を供給するために、電解液供給口７１と電解液供給管７３とが設けられている。タンク１には、開口部３１ａ、４１ａを設け、給水管３３および配水管３７を通す。符号３は空間である。
【００２４】
上記の循環の過程において、タンク１の底に堆積物７が堆積されていく。
そこで、本実施の形態においては、ポンプ３１の給水側に設けられるホース（ホース部材）３３のポンプ３１とは上下方向の反対側の一端（吸入口３３ａ）に、電解液５の表面近傍に浮いているフロート（自動的な吸入口位置調整部材）１１を接続している。ポンプ３１は、電解液３の水面から離れる方向、この例では上方に位置する。そして、ポンプ３１に向けて、電解液３の水面から離れる方向に延びるホース３３により、電解液を発電システム２１に汲み上げる。
【００２５】
フロート１１は、電解液の表面の位置の変化（符号ＡＲ１参照）に依存せずに、吸入口３３ａの位置を常に電解液の上面又はその近傍に保持する自動的な位置保持機能を有する。
【００２６】
図２（ａ）は、フロート１１とホース３３との接続構造の一例を示す側断面図である。図２（ｂ）は、その斜視図である。
【００２７】
フロート１１は、例えば円形の平板状であり、その平面の表面から裏面にかけて厚さ方向に貫通孔１１ａが、例えば、平面の中心又はその付近に設けられている。
【００２８】
尚、貫通孔１１ａの直径２ｒは、フロートの直径２Ｒと比べて十分に小さい。フロート１１は、表面張力と浮力により電解液５の所定の位置に浮いている。
【００２９】
そして、貫通孔１１ａに挿入することでフロート１１の表面側において表面に沿うように曲げられたエルボー継ぎ手１３とポンプ３１との間を、例えば柔軟性を有する給水管、例えばホース３３で接続することで、吸入口３３ａの位置をエルボー継ぎ手１３のホース３３とは反対側の開口部３３ａとすることができる。
【００３０】
また、ホース３３は、フロート１１の表面側において、表面に沿った方向に曲げられて表面に接する（置かれている）部分、いわゆる撓み部分を有する。このような撓み部分を設けると、ホース３３がフロート１１を強く下方に押すことがないため、フロート１１が電解液の所定の位置に浮いている状態を許容することが容易になる。
【００３１】
図３は、本実施の形態によるマグネシウム空気電池システムにおける発電処理の流れを示すフローチャート図である。図４、図５は、図３に沿った構成の変化を示す図であり、図１に対応する図である。図４は、ステップＳ３の処理を行った後の構成を示し、図５は、ステップＳ２の状態を示す。
【００３２】
ここで、図３のステップＳ１に示すように循環動作を開始する。まず、ステップＳ２で循環系が始動開始し、タンク１内の電解液５をポンプ３１により発電セル２１内に給水していく（始動途中）。ポンプ３１の運転の際、それまで開にされていた排水弁４１が閉となる。
【００３３】
そして、ステップＳ３において、図４に示すように、発電セル２１内に電解液５が満たされマグネシウム電極２７の上方までが電解液２３に浸かり、上記化学式に基づく発電処理が開始される（ステップＳ４）。発電セル２１からの電流が流れ始めると、図示しない負荷に対して、例えば、ポンプ３１をオフしたタイミングから給電が可能となる。
【００３４】
循環動作中に図５に示すように、発電セル２１の電解液２３の水位が下がり始める。
ステップＳ５において、現在の経過時間ｔが、間欠循環運転を行う時間である間欠循環時間Ｔ１まで達していない場合には（ｔ＜Ｔ１がＹｅｓ）、ステップＳ２に戻り、以降、図４、図５に示されるように、排水弁４１の開／閉を伴うポンプ３１の動作を間欠的に行うことで、間欠循環動作が継続される。
【００３５】
ステップＳ５において、経過時間ｔが間欠循環動作を行う期間である間欠循環時間Ｔ１まで達した場合には（ｔ＜Ｔ１がＮｏ）、ステップＳ６において、間欠循環動作を停止する。そして、処理が終了する（ｅｎｄ）。
【００３６】
フロート１１を設けない場合には、上記の発電処理を進めていくと、ホース３３の吸入口３３ａの高さ方向の位置が堆積物７の上面Ｐ１１に近づいていくが、フロート１１を設けることで、図５に示すように、ホース３３の吸入口３３ａの高さ方向の位置が堆積物７の上面Ｐ１１に近づくことを防止（Ｐ１２の位置を保持）し、電解液５の上面と下面との深さ分だけ堆積物７の上面位置と吸入口３３ａの位置とを離す機能を有する。このように、電解液５の量が減少し、タンク１内の堆積物７の量が多くなっても、吸入口３３ａの位置を常に電解液５内に保持することで、ポンプ３１の堆積物詰まりを防止し、継続的にポンプ３１を稼動させることができる。
【００３７】
以上のように、本実施の形態によれば、循環型のマグネシウム空気電池システムにおいて、簡単な仕組みで循環システムを継続して稼動させることができる。
【００３８】
上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【００３９】
また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、マグネシウム空気電池システムに利用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ…循環型マグネシウム空気電池システム
１…タンク（貯蔵部）
５…電解液
７…堆積物
１１…フロート（吸入口位置調整部材）
１１ａ…貫通孔
１３…エルボー継ぎ手（屈曲継ぎ手部材）
２１…発電システム（発電セル）
２３…電解液
２５…水酸化マグネシウムの堆積物
２７…マグネシウム電極
３１…ポンプ（第１の移送機構）
３３、３５…給水管（ホース、ホース部材）
３３ａ…吸入口
４１…排水弁（バルブ、第２の移送機構）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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