(57)【要約】      （修正有）【課題】比較的簡単な構成でもって電池出力を得られる電池装置の提供。【解決手段】電解液と重水とを含む電池溶液１２を収容した電池容器本体４と、電池溶液を電解する電解用正電極１４及び電解用負電極１６と、電池溶液中の電荷イオンを加速する加速用正電極１８及び加速用負電極２０と、電荷を集電する集電用正電極２２及び集電用負電極２４と、電解用正電極１４及び電解用負電極２４の間に電解電圧を付与する電解用電源装置３８と、加速用正電極１８及び加速用負電極２４の間に加速電圧を付与する加速用電源装置４０と、を備えた電池装置２。電解用電源装置３８により電解電圧を付与した後に加速用電源装置４０により加速電圧を印加すると、加速用正電極１８から加速用負電極に正電荷イオンが流れ、加速用負電極２０に集まった正電荷イオンを消す様に集電用正電極２２から集電用負電極２４に集電電荷が流れ、一部を電池出力する電池装置２。【選択図】図１
2018014292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液と重水とを含む電池溶液を収容した電池容器本体と、前記電池溶液を電解するための電解用正電極及び電解用負電極と、前記電池容器本体内に収容され、前記電池溶液中の電荷イオンを加速するための加速用正電極及び加速用負電極と、電荷を集電するための集電用正電極及び集電用負電極と、前記電解用正電極及び前記電解用負電極の間に電解電圧を付与するための電解用電源装置と、前記加速用正電極及び前記加速用負電極の間に加速電圧を付与するための加速用電源装置と、前記電池溶液を均一化するための均一化手段と、を備え、前記集電用正電極は前記加速用正電極の外側に配設され、前記集電用負電極は前記加速用負電極の外側に配設され、前記加速用正電極から前記加速用負電極に正電荷イオンが流れ、前記加速用負電極に集まった前記正電荷イオンを消すように前記集電正電極から前記集電用負電極に集電電荷が流れ、前記集電電荷の流れの一部を電池出力として取り出すことを特徴とする電池装置。
【請求項２】
前記均一化手段は、前記電池容器本体の片端壁の外側に配設された溜め容器と、前記溜め容器を通して前記電池溶液を循環させる溶液循環流路と、前記溶液循環流路に配設された循環ポンプとを備え、前記電池容器本体内の前記電池溶液が前記溶液循環流路及び前記溜め容器を通して循環され、前記溶液循環流路を通して循環される前記電池溶液の流れによって、前記電池容器本体内の前記電池溶液が循環されることを特徴とする請求項１に記載の電池装置。
【請求項３】
前記電解用正電極及び前記電解用負電極は前記溜め容器内に配設され、前記溜め容器内の前記電池溶液が電解され、前記溜め容器にて電解された前記電池溶液が前記溶液循環流路を通して前記電気容器本体内に送給されることを特徴とする請求項１に記載の電池装置。
【請求項４】
前記電池容器本体又は前記溜め容器に関連して、前記電池溶液の濃度を所定範囲に保つための溶液濃度調整手段が設けられ、前記濃度調整手段は、前記電解液を供給するための電解液供給手段と、前記重水を供給するための重水供給手段と、前記電池溶液本体内の前記電池溶液を排水するための排水手段とを含んでいることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電池装置。
【請求項５】
前記加速用電源装置は、前記加速電圧を調整するための加速電圧調整手段を含み、前記加速電圧調整手段は、前記集電用正電極及び前記集電用負電極間を流れる集電電荷による電池出力の電圧が前記加速用電源装置により印加される加速電圧よりも低くなるように調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電池装置。
【請求項６】
前記加速用正電極は、前記電池容器本体内にて前記加速用負電極に向けて間隔をおいて配設された複数の正電極部材から構成され、隣接する正電極部材は電気抵抗を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池溶液を利用して電池出力を得ることができる電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池装置として種々のもの提案され、その一つとして燃料を利用した燃料電池装置が実用に供されている（例えば、特許文献１参照）。この燃料電池装置は、燃料電池反応により発電する発電燃料電池本体と、燃料電池本体の酸化極側に空気を供給するための空気供給系と、この燃料供給本体の燃料極側に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給系とを備えている。この燃料電池装置では、燃料として例えばメタノールが用いられ、燃料ガス供給系は、メタノールを加熱して気化させるための蒸発器と、気化されたメタノールを改質するための改質器と、改質器に改質された改質ガスに含まれる一酸化炭素を低下させるための一酸化炭素変成器を含んでいる。
【０００３】
このような燃料電池装置では、燃料としてのメタノールは、燃料ガス供給系を通して送給される間に改質され、この改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度が低下された後に燃料電池本体の燃料極側に送給され、また空気（酸素を含む）が空気供給系を通して燃料電池本体の酸素極側に送給される。燃料電池本体では、燃料極側における酸化と空気極側における還元とによる燃料電池反応により、燃料ガスが有する化学エネルギーが直接的に電気エネルギーに変換される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２６６００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した燃料電池装置では、燃料（メタノール）を気化させるための蒸発器、気化された燃料を改質するための改質装置、改質された改質ガスに含まれる一酸化炭素を低下させるための一酸化炭素変成器などを必要とし、装置全体が大型化するとともに、その製作コストが高くなる問題がある。
【０００６】
本発明目的は、比較的簡単な構成でもって電池出力を得ることができる電池装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に記載の電池装置は、電解液と重水とを含む電池溶液を収容した電池容器本体と、前記電池溶液を電解するための電解用正電極及び電解用負電極と、前記電池容器本体内に収容され、前記電池溶液中の電荷イオンを加速するための加速用正電極及び加速用負電極と、電荷を集電するための集電用正電極及び集電用負電極と、前記電解用正電極及び前記電解用負電極の間に電解電圧を付与するための電解用電源装置と、前記加速用正電極及び前記加速用負電極の間に加速電圧を付与するための加速用電源装置と、前記電池溶液を均一化するための均一化手段と、を備え、前記集電用正電極は前記加速用正電極の外側に配設され、前記集電用負電極は前記加速用負電極の外側に配設され、前記加速用正電極から前記加速用負電極に正電荷イオンが流れ、前記加速用負電極に集まった前記正電荷イオンを消すように前記集電用正電極から前記集電用負電極に集電電荷が流れ、前記集電電荷の流れの一部を電池出力として取り出すことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載の電池装置では、前記均一化手段は、前記電池容器本体の片端壁の外側に配設された溜め容器と、前記溜め容器を通して前記電池溶液を循環させる溶液循環流路と、前記溶液循環流路に配設された循環ポンプとを備え、前記電池容器本体内の前記電池溶液が前記溶液循環流路及び前記溜め容器を通して循環され、前記溶液循環流路を通して循環される前記電池溶液の流れによって、前記電池容器本体内の前記電池溶液が循環されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項３に記載の電池装置では、前記電解用正電極及び前記電解用負電極は前記溜め容器内に配設され、前記溜め容器内の前記電池溶液が電解され、前記溜め容器にて電解された前記電池溶液が前記溶液循環流路を通して前記電気容器本体内に送給されることを特徴とする。
【００１０】
また。本発明の請求項４に記載の電池装置では、前記電池容器本体又は前記溜め容器に関連して、前記電池溶液の濃度を所定範囲に保つための溶液濃度調整手段が設けられ、前記濃度調整手段は、前記電解液を供給するための電解液供給手段と、前記重水を供給するための重水供給手段と、前記電池溶液本体内の前記電池溶液を排水するための排水手段とを含んでいることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項５に記載の電池装置では、前記加速用電源装置は、前記加速電圧を調整するための加速電圧調整手段を含み、前記加速電圧調整手段は、前記集電用正電極及び前記集電用負電極間を流れる集電電荷による電池出力の電圧が前記加速用電源装置により印加される加速電圧よりも低くなるように調整することを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明の請求項６に記載の電池装置では、前記加速用正電極は、前記電池容器本体内にて前記加速用負電極に向けて間隔をおいて配設された複数の正電極部材から構成され、隣接する正電極部材は電気抵抗を介して電気的に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項１に記載の電池装置によれば、電解用正電極及び電解用負電極間に電解電圧が付与され、また加速用正電極及び加速用負電極間に加速電圧が付与されるので、電池溶液中の正電荷イオンが加速電圧により加速されて加速用正電極から加速用負電極に流れ、この加速用負電極に正電荷イオンが集まるようになる。また、加速用電極の外側に集電用正電極が配設され、加速用負電極の外側に集電用負電極が配設されるので、加速用負電極に正電荷イオンが集まると、この正電荷イオンを消すように集電用正電極から集電用負電極に集電電荷が流れ、このように流れる集電電荷の一部を取り出すことによって電池出力を得ることができる。また、均一化手段が設けられているので、電池容器本体内の電池溶液の成分が均一化され、これによって、安定して電池出力を得ることができる。
【００１４】
また、本発明の請求項２に記載の電池装置によれば、均一化手段は、溜め容器を通して電池溶液を循環する溶液循環流路と、この溶液循環流路に配設された循環ポンプとを備えているので、電池容器本体内の電池溶液が溶液循環流路及び溜め容器を通して循環され、また溶液循環流路を通して循環される電池溶液の流れによって、電池容器本体内の電池溶液が循環され、これによって、電池容器本体内の電池溶液の組成の均一化を図ることができる。
【００１５】
また、本発明の請求項３に記載の電池装置によれば、電解用正電極及び電解用負電極が溜め容器内に配設されているので、この溜め容器内にて電池溶液が電解され、電解された電池容器が溶液循環流路を通して電池容器本体内に送給され、この電解電池溶液の流れによって電池容器本体内の電池溶液が循環される。
【００１６】
また、本発明の請求項４に記載の電池装置によれば、電池容器本体又は溜め容器に関連して、電池溶液の濃度を所定範囲に保つための濃度調整手段が設けられ、この濃度調整手段は電解液供給手段、重水供給手段及び排水手段を含んでいるので、重水の濃度が高くなったときには、排水手段によって電池容器本体内の電池溶液を排出した後に、電解液供給手段から電解液を供給するとともに、重水供給手段から重水を供給することにより、電池容器本体内の電池溶液の組成を所定範囲に維持することができる。
【００１７】
また、本発明の請求項５に記載の電池装置によれば、加速用電源装置は加速電圧を調整するための加速電圧調整手段を含み、この加速電圧調整手段は、集電用正電極及び集電用負電極間を流れる集電電荷イオンによる電池出力の電圧が加速用電源装置により印加される加速電圧よりも低くなるように調整するので、燃料電池の稼働を安定させた状態で電池出力を得ることができる。
【００１８】
更に、本発明の請求項６に記載の電池装置によれば、加速用正電極は、電池容器本体内にて加速用負電極に向けて間隔をおいて配設された複数の正電極部材から構成され、隣接する正電極部材は電気抵抗を介して電気的に接続されているので、加速用正電極（複数の正電極部材）から加速用負電極に流れる正電荷イオンの量が多くなり、これにより、集電用正電極から集電用負電極に流れる集電電荷も多くなり、その結果、電池装置の電池出力を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に従う電池装置の第１の実施形態を示す断面図。
【図２】本発明に従う電池装置の第２の実施形態を示す断面図。
【図３】本発明に従う電池装置の第３の実施形態の全体を簡略的に示すブロック図。
【図４】図３の電池装置における電池装置本体を簡略的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う電池装置の種々の実施形態について説明する。まず、図１を参照して、本発明に従う電池装置の第１の実施形態について説明する。図１において、図示の電池装置２は、電池出力を得るための電池容器本体４を備えている。この電池容器本体４は、横長の円筒状部材６と、この円筒状部材６の両端部に設けられた一対の蓋部材８，１０とから構成されている。電池容器本体４は、例えば、図１に示すように斜めに傾斜した状態に取り付けられ、蓋部材８が下側に、蓋部材１０が上側となるように装置フレーム（図示せず）に取り付けら、この電池容器本体４内に電池溶液１２が収容される。
【００２１】
この電池装置２は、電池溶液１２を電解するための電解用正電極１４及び電解用負電極１６と、電池溶液１２中の電荷イオンを加速ための加速用正電極１８及び加速用負電極２０と、集電電荷を集電して電池出力として取り出すための集電用正電極２２及び集電用負電極２４とを備えている。
【００２２】
この実施形態では、電池容器本体４の一方の蓋部材８（片端壁を構成する）の外側に溜め容器２６が配設され、この溜め容器２６と電池容器本体４とが溶液循環流路２８を介して連通されている。溶液循環流路２８の上流側部３０の一端側は、蓋部材８の上部を貫通して電池容器本体４内に連通され、その他端側は、溜め容器２６の周側壁３２の上部を貫通して溜め容器２６の上部に連通されている。また、この溶液循環流路２８の下流側部３４の一端側は、蓋部材８の下部を貫通して電池容器本体４内に連通され、その他端側は、溜め容器２６の周側壁３２の下部を通して溜め容器２６の下部に連通されている。また、この溶液循環流路２８の下流側部３４には循環ポンプ３６が配設されている。尚、この循環ポンプ３６は、溶液循環流路２８の上流側部３０に配設するようにしてもよい。
【００２３】
この形態では、電解用正電極１４及び電解用負電極１６が、相互に対向して溜め容器２６内に配設されている。また、電解用正電極１４及び電解用負電極１６に電解電圧を印加するための電解用電源装置３８が設けられ、電解用電源装置３８の正側の端子が電解用正電極１４に電気的に接続され、その負側の端子が電解用負電極１６に電気的に接続されている。このような電解用正電極１４及び電解用負電極１６は、例えば、矩形状、円形状などのプレート状電極などから構成される。尚、電解用正電極１８及び電解用負電極１６は、溜め容器２６内に代えて、電池容器本体４内に配設するようにしてもよく、この場合、電解用正電極１４及び電解用負電極１６は、後述する集電用正電極２２の外側（この形態では、蓋部材８側）に配設される。
【００２４】
このように構成されているので、循環ポンプ３６が作動すると、図１に矢印で示すように、電池容器本体４内の電池溶液１２が溶液循環流路２８及び溜め容器２６を通して循環され、かく循環される電池溶液によって、電池容器本体４内の電池溶液が循環され、電池容器本体４内の電池溶液の組成の均一化が図られ、これら溜め容器２６、溶液循環流路２８及び循環ポンプ３６が均一化手段として機能する。また、電解用電源装置３８が作動すると、電解用正電極１４及び電解用負電極１６間に電解電圧が印加され、これら電解用正電極１４及び電解用負電極１６間にて電池溶液１２の電解が行われ、電解された電池溶液が溶液循環流路２８の下流側部３４を通して電池容器本体４内に送給される。
【００２５】
加速用正電極１８及び加速用負電極２０は、電池容器本体４の長手方向（図１において右下から左上の方向）に相互に対向して配設され、電池溶液本体４内の電池溶液１２に浸漬されている。加速用正電極１８は、片方の蓋部材８の内側に配設され、加速用負電極２０は、他方の蓋部材２０の内側に配設されている。また、加速用正電極１８及び加速用負電極２０に加速電圧を印加するための電解用電源装置４０が設けられ、加速用電源装置４０の正側の端子が加速用正電極１８に電気的に接続され、その負側の端子が加速用負電極２０に電気的に接続されている。このような加速用正電極１８は、例えば、リング状電極、網状電極などから構成され、また加速用負電極２０は、例えば、リング状電極などから構成される。
【００２６】
この加速用電源装置４０は、加速用正電極１８及び加速用負電極２０間に印加する加速電圧を調整するための加速電圧調整手段４２を含んでいる。この加速電圧調整手段４２は、後述する電池出力の電圧が加速用電源装置４０により印加される加速電圧よりも低くなるように調整すし、かく調整することにより電池装置の作動状態を安定させることができる。
【００２７】
このように構成されているので、加速用電源装置４０が作動すると、加速用正電極１８及び加速用負電極２０間に加速電圧が印加され、加速用正電極１８から加速用負電極２０に向けて電荷イオンが流れ、この電荷イオンの流れを利用して電池出力を後述する如くして得ることができる。
【００２８】
また、集電用正電極２２は加速用正電極１８の外側（この形態では、加速用正電極１８と片方の蓋部材８との間）に配設され、集電用負電極２４は加速用負電極の外側（この形態では、加速用負電極２０と他方の蓋部材１０との間）に配設され、上述の加速用正電極１８及び加速用負電極２０と同様に、電池溶液本体４内の電池溶液１２に浸漬されている。集電用正電極２２及び集電用負電極２４は、例えば、リング状電極、プレート状電極などから構成される。
【００２９】
この集電用正電極２２及び集電用負電極２４は出力接続ライン４４を介して電気的に接続され、かかる出力接続ライン４４に電力出力ライン４６をして外部電力負荷４８が電気的に接続される。この出力接続ライン４４に可変抵抗５０が配設され、この可変抵抗５０に電気的に並列に電力出力ライン４６が配設され、このように構成することにより、集電用正電極２２から集電用負電極２４に流れる集電電荷の一部を電池出力として取り出して外部電力負荷４８で消費することができる。
【００３０】
この形態では、溜め容器２６は、連通管５２を介してガス分離容器５４に接続され、このガス分離容器５４の上壁５６に排出管５８が接続されている。このように構成されているので、電解用正電極１４及び電解用負電極１６による電解により溜め容器２６内に発生したガスは、連通管５２を通してガス分離容器５４に流れ、このガス分離容器５４にて電池溶液１２から分離され、分離されたガスが排出管５８を通してガス回収槽（図示せず）などに回収される。
【００３１】
また、電池容器本体４の端部（具体的には、斜めに配置された状態における上端部）には排気管６０が設けられており、このように構成することにより、加速用正電極１８及び加速用負電極２０間に加速電圧を印加したときに発生するガスは、この排気管６０を通してガス回収槽（図示せず）に回収される。
【００３２】
このような電池装置２においては、電池出力を監視するために、例えば、電解用電源装置３８に関連して、電解電力を計測するための電解電力計測器３９が設けられ、加速用電源装置４０に関連して、加速電力を計測するための加速電力計測器４１が設けられ、また外部電力負荷４８に関連して、外部電力（電池出力）を計測するための外部電力計測器４９が設けられる。
【００３３】
この電池装置２においては、電池溶液１２として電解液及び重水の混合液が用いられる。電解液としては、例えば、純水（又は蒸留水）に電解物質として水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムなどを溶解させた溶液を用いることができ、純水（又は蒸留水）１リットル当たり０．００５〜０．０５モル（０．００５〜０．０５mol／l）程度（例えば、０．０１mol／l）混合させ、また電池溶液として、この電解液に純水を３０〜３５重量％程度（例えば、３４重量％）混合させることができる。
【００３４】
次に、上述した電池装置２の電池動作について説明する。電池出力を取り出すには、まず、循環ポンプ３６を作動させる。かく作動させると、電池容器本体４内の電池溶液１２が溶液循環流路２０及び溜め容器２６を通して循環され、この電池溶液１２の流れによって電池溶液本体４内の電池溶液４も循環され、これにより、電池溶液１２の均一化が図られる。
【００３５】
次に、電解用電源装置３８を作動させて電解用正電極１４及び電解用負電極１６間に電解電圧を印加する。電解用電源装置３８により印加する電解電圧は、例えば２．５〜５Ｖ程度（例えば、３Ｖ）程度である。電解用正電極１４及び電解用負電極１６間に電解電圧を印加すると、溜め容器２６内において電解反応が起こり、この電解反応により電池溶液１２中に正電荷イオンが生じ、正電荷イオンを含む電池溶液１２が溶液循環流路２８の下流側部３４を通して電池容器本体４に送給される。このとき、電池溶液１２の電解反応によりガスが生じるが、発生したガスは、連通管５２及びガス分離容器５６及び排出管５８を通して外部に排出される。
【００３６】
次いで、加速用電源装置４０を作動させて加速用正電極１８及び加速用負電極２０間に加速電圧を印加させる。加速用電源装置４０により印加する加速電圧は、例えば１５０〜５００Ｖ程度（例えば、２００Ｖ）程度である。加速用正電極１８及び加速用負電極２０間に加速電圧を印加すると、電池溶液１２中の正電荷イオンが加速用正電極１８から加速用負電極２０に加速されて流れ、この加速用負電極２０に集められるようになり、その結果、この加速用負電極２０付近におけるエネルギー密度が高くなる。
【００３７】
このように加速用負電極２０に正電荷イオンが集まると、この正電荷イオンを打ち消すように集電用負電極２４に向けて集電電荷としての負の電荷が流れ、換言すると集電用正電荷２２から集電用負電荷２４に集電電荷（負電荷）が流れる。この集電電荷の流れの一部は、外部電力負荷４８を通して流れ、この外部電力付加４８において電池出力として取り出して消費することができる。
【００３８】
次に、図２を参照して、本発明に従う電池装置の第２の実施形態について説明する。尚、以下の実施形態において、上述の第１の実施形態と実質上同一のものには同一の参照番号を付し、その説明を省略する。
【００３９】
この第２の実施形態においては、加速用正電極に改良が施されており、以下この改良点について説明する。図２において、この第２の実施形態の電池装置２Ａにおける加速用正電極１８Ａは、複数（この形態では、４つ）の正電極部材７２，７４，７６，７８から構成され、これら正電極部材７２〜７８はリング状電極部材から構成されている。複数の正電極部材７２〜７８は、電池容器本体４内に長手方向（図２において左下から右上の方向）に加速用負電極２０に向けて間隔をおいて配設されている。
【００４０】
第１正電極部材７２は、第１印加ライン８０を介して加速用電源装置４０の正端子側に電気的に接続され、第２正電極部材７４は、第２印加ライン８２及び電気抵抗８４を介して第１印加ライン８０に電気的に接続され、第３正電極部材７６は、第３印加ライン８６及び電気抵抗８８を介して第２印加ライン８２に電気的に接続され、第４正電極部材７８は、第４印加ライン９０及び電気抵抗９２を介して第３印加ライン８６に電気的に接続されている。第１〜第４正電極部材７２〜７８がこのように加速用電源装置４０に接続されているので、第１〜第４正電極部材７２〜７８に印加される加速電圧は、その電圧値が異なり、第１正電極部材７２に印加される加速電圧が最も大きく、第２正電極部材７４、第３正電極部材７６及び第４正電極部材７８の順に印加される加速電圧が小さくなる。
【００４１】
この実施形態では、第１印加ライン８０に主スイッチ９２が配設され、また第４印加ライン９０に副スイッチ９４が配設されている。従って、主スイッチ９２がオン状態のときには、加速用電圧装置４０から第１〜第４正電極部材７２〜７８に加速電圧を印加することができ、この主スイッチ９２がオフ状態になると、これら正電極部材７２〜７８への加速電圧の印加が終了する。また、副スイッチ９４がオン状態のときには、加速用電源装置４０からの加速電圧を第１〜第４正電極部材７２〜７８の全てに印加することができ、またこの副スイッチ９４がオフ状態になると、第４正電極部材７８への加速電圧の印加が終了し、加速用電源装置４０からの加速電圧の印加は、第１〜第３正電極部材７２〜７６となる。
【００４２】
このような副スイッチ９４は、第２印加ライン８２及び／又は第３印加ライン８６にも設けることができ、第２印加ライン８２に設けた場合、加速用電源装置４０からの加速電圧の印加を第１正電極部材７２と第２〜第４正電極部材７４〜７８とに分けて制御することができ、また第３印加ライン８６に設けた場合、加速用電源装置４０からの加速電圧の印加を第１及び第２正電極部材７２，７４と第３及び第４正電極部材７６，７８とに分けて制御することができる。この第２の実施形態の電池装置２Ａのその他の構成は、上述した実施形態と実施上同一である。
【００４３】
このような加速用正電極１８Ａを用いた場合、加速用電源装置４０からの加速電圧は第１〜第４正電極部材７２〜７８に印加され、これら第１〜第４正電極部材７２〜７８から加速用負電極２０に向けて正電荷イオンが加速されて流れるために、加速用負電極２０に流れる正電荷イオンが多くなり、これによって、集電用正電極２２から集電用負電極２４に流れる集電電極を多くすることができ、その結果、電池装置２Ａの電池出力を大きくすることができる。
【００４４】
この電池装置においては、安定した電池出力を得るために、電池溶液の濃度（電解液と重水との混合割合）を所定範囲に維持するのが望ましく、そのために、電池容器本体又は溜め容器に関連して溶液濃度調整手段が設けられる。第３の実施形態の電池装置を示す図３において、この第３の実施形態の電池装置２Ｂにおいては、電池溶液が充填される電池容器本体４Ｂに関連して溶液濃度調整手段１０２が設けられる。この電池容器本体４Ｂの流入側には、重水を供給するための重水供給手段１０３と、電解液を供給するための電解液供給手段１０５とが設けられている。
【００４５】
図示の重水供給手段１０３は、重水を溜める重水槽１０４と、重水槽１０４及び電池容器本体４Ｂを接続する重水供給ライン１０８とから構成され、重水槽１０４からの重水が重水供給ライン１０８を通して電池容器本体４Ｂに供給される。また、を介して電池容器本体４Ｂに供給され、電解液槽１０６に収容された電解液が電解液供給ライン１１０を介して電池容器本体４Ｂに供給される。尚、この電池容器本体４Ｂ及びこれに関連する構成は、図１に示す第１の実施形態又は図２に示す第２の実施形態と同様の構成でよい。
【００４６】
この形態では、電解液槽１０８に関連して、電解物質（例えば、水酸化ナトリウム）を収容した電解物質容器１１０及び純水を収容した純水槽１１２が設けられ、電解物質容器１１０が電解物質供給ライン１１４を介して電解液槽１０８に接続され、純水槽１１２が純水供給ライン１１６を介して電解液槽１０８に接続されている。また、電解液槽１０８には、電解液を攪拌して均一化するための攪拌混合手段１１８が設けられている。このように構成されているので、電解物質容器１１０からの電解物質が電解物質供給ライン１１４を通して電解液槽１０６に供給されるとともに、純水槽１１２からの純水が純水供給ライン１１６を通して電解液槽１０６に供給され、供給された純水及び電解物質は、攪拌混合手段１１８により攪拌混合されて均一化される。
【００４７】
この電池容器本体４Ｂの排出側には、電池溶液を排出するための排出手段１１８が設けられ、図示の排出手段１２０は、排出された電池溶液を溜めるための排出槽１２と、気体と液体とに分離するための気液分離装置１２２と、気液分離装置１２２にて回収された液体を回収するための液回収槽１２４と、気液分離装置１２２にて分離されたガスを所要の通りに処理するためのガス処理装置１２６と、液回収槽１２４からの電池溶液を所要の通りに処理するための液処理装置１２８とを含んでいる。
【００４８】
電池容器本体４Ｂと排出槽１２０とは排出ライン１３０を介して接続され、電池容器本体１２０内の電池溶液の組成成分などが変化したときには、電池容器本体４Ｂ内の電池溶液が排出ライン１３０を通して排出槽１２０に排出される。排出槽１２０と気液分離装置１２２とは気液ライン１３２を介して接続され、排出槽１２０からのガスは気液ライン１３２を通して気液分離装置１２２に送給される。気液分離装置１２２にて分離された液体（ガスに含まれた液体）は、液回収ライン１３４を通して液回収槽１２４に回収され、この液回収槽１２４に回収された液体は液戻しライン１３６を通して排出槽１２０戻される。また、気液分離装置１２２にて分離されたガスは、ガス排気ライン１３８を通してガス処理装置１２６に送給され、このガス処理装置１２６にて所要の通りに処理され、かく処理された後にガス排出ライン１４０を通してガス回収槽（図示せず）に回収される。また、排出槽１２０に溜まった電池溶液は、排水ライン１４２を通して液処理装置１２８に送給され、この液処理装置１２８にて所要の通りに処理され、かく処理された後に液排出ライン１４４を通して反応液回収槽（図示せず）に回収される。
【００４９】
電池容器本体４Ｂ内の電池溶液の濃度が変化したときには、次のようにして電池溶液の濃度調整が行われ、上述した重水供給手段１０３、電解液供給手段１０５及び排水手段１１８が溶液濃度調整手段として機能する。電池溶液本体４Ｂの電池溶液１２の成分割合が変化する（例えば、重水の混合割合が増加する）と、電池溶液本体４Ｂ内の電池溶液の一部が排出ライン１３０を通して排出槽１２０に排出され、排出槽１２０内に排出された電池溶液は上述したように処理される。
【００５０】
このようにして電池容器本体４Ｂ内の電池溶液が減少すると、重水槽１０４内の重水が重水供給ライン１０８を通して電池容器本体４Ｂに供給されるとともに、電解液槽１０６内の電解液が電解液供給ライン１１０を通して電池溶液本体４Ｂに供給され、供給された重水及び電解液は、均一化手段１４６の作用によって、電池容器本体４Ｂ内の電池溶液と均一となるように混合される。このとき、図示していないが、重水槽１０４からの重水の供給量と電解液槽１０６からの電解液の供給量が制御され、このように供給量を制御することによって、電池容器本体４Ｂ内の電池溶液の成分割合（重水と電解液との混合割合）が所定範囲に維持され、その結果、電池装置２Ｂの電池出力を安定させることができるとともに、この電池装置２Ｂの稼働時間を長くすることができる。
【実施例】
【００５１】
本発明の効果を確認するために、次の通りの検証実験を行った。この実験に用いた電池装置の構成は、図４に示す通りであった。図４において、この電池装置の基本的構成は、均一化手段を備えていない点を除けば第１の実施形態のものと同様である。即ち、この電池装置は、電池溶液を収容する電池容器本体１０２を備え、この電池容器本体１０２内に相互に対向して加速用正電極１０４及び加速用負電極１０６を配設し、これら加速用正電極１０４及び加速用負電極１０６を加速用電源装置１０８に電気的に接続し、加速電圧及び加速電流を計測するために加速電圧計測器１１０及び加速電流計測器１２を配設した。
【００５２】
また、加速用正電極１０４の外側に集電用正電極１１４を配設するとともに、加速用負電極１０６の外側に集電用負電極を配設し、これら集電用正電極１１４及び集電用負電極１１６を電気抵抗１１８と電気的に並列に配設された外部電力負荷１２０に電気的に接続し、外部電圧（出力電圧）及び外部電流（出力電流）を計測するために外部電圧計測器１２２及び外部電流計測器１２４を配設した。尚、外部電力負荷として２００オーム（Ω）の電気抵抗を用いた。
【００５３】
更に、電池容器本体１０２の外側に溜め容器１２６を設け、電池容器本体１０２と溜め容器１２６とを溶液循環流路１２８を介して接続するとともに、この溶液循環流路１２８に循環ポンプ１３０を配設し、電池容器本体１０２内の電池溶液が溶液循環流路１２８及び溜め容器１２６を通して循環されるようにした。また、溜め容器１２６内に相互に対向して電解用正電極１３２及び電解用負電極１３４を配設し、これら電解用正電極１３２及び電解用負電極１３４を電解用電源装置１３６に電気的に接続し、電解電圧及び電解電流を計測するために電解電圧計測器１３８及び電解電流計測器１４０を配設した。電解用正電極１３２及び電解用負電極１３４としてプレート状電極を用い、加速用正電極１０４及び加速用負電極１０６並びに集電用正電極１１４及び集電用負電極１１６としてリング状電極を用いた。
【００５４】
実験に際し、電池溶液本体１０２及び溜め容器１２６に電池溶液を充填し、電解用正電極１３２及び電解用負電極１３４、加速用正電極１０４及び加速用負電極１０６並びに集電用正電極１１４及び集電用負電極１１６を電池溶液に浸漬するようにした。
【００５５】
電解液として純水１リットルに水酸化ナトリウムを０．０１モルを溶解させたものを用い、用いた電解液のｐＨは８．５であった。また、電池溶液としてこの電解液に重水を混合させたものを用い、重水の混合割合は３４重量％であった。
【００５６】
このような電池溶液を充填した状態において、まず、電解用電源装置１３６により電解電圧を電解用正電極１３２及び電解用負電極１３４の間に印加して電池溶液を電解させた。このときの電解電圧及び電解電流を、電解電圧計測器１３８及び電解電流計測器１４０で計測したところ３V、３Ａであった。
【００５７】
このような電解状態（電解用電源装置１３６より電解電圧を印加した状態）において、加速用電源装置１０８により加速電圧を加速用正電極１０４及び加速用負電極１０６間に印加し、電池溶液中の正電荷イオンを加速用正電極１０４から加速用負電極１０６に流れるようにした。このとき、加速用電源装置１０８により印加される加速電圧を加速電圧計測器１１０の値を見ながら１２０Ｖに設定した。そして、この状態における加速電流を加速電流計測器１１２で計測したところ０．０１Ａであった。また、この状態における出力電圧（外部電圧）及び出力電流（外部電流）を外部電圧計測器１２２及び外部電流計測器１２４で計測したところ６０Ｖ、０．１Ａであり、この外部電力負荷１２０（２００Ωの電気抵抗）における出力電力は計算により２ワット（Ｗ）であることがわかる。
【００５８】
次に、上述した状態において、加速用電源装置１０８により印加される加速電圧を加速電圧計測器１１０の値を見ながら２００Ｖまで上昇させた。そして、この状態における加速電流を加速電流計測器１１２で計測したところ０．０２Ａであった。また、この状態における出力電圧（外部電圧）及び出力電流（外部電流）を外部電圧計測器１２２及び外部電流計測器１２４で計測したところ１５０Ｖ、０．５Ａであり、この外部電力負荷１２０（２００Ωの電気抵抗）における出力電力は計算により３７５ワット（Ｗ）であることがわかる。このことから、加速用電源装置１０８の入力電力よりも大きな出力電力が得られることが確認できた。
【符号の説明】
【００５９】
２，２Ａ，２Ｂ  電池装置
４，４Ａ，４Ｂ，１０２  電池容器本体
１２  電池溶液
１４，１３２  電解用正電極
１６，１３４  電解用負電極
１８，１８Ａ，１０４  加速用正電極
２０，１０６  加速用負電極
２６  溜め容器
２８  溶液循環流路
３８，１３６  電解用電源装置
４０，１０８  加速用電源装置
４２  加速電圧調整手段
４８  外部電力負荷
７２，７４，７６，７８  正電極部材
１０２  溶液濃度調整手段
１０３  重水供給手段
１０５  電解液供給手段
１１８  排出手段
【図１】
2018014292.tif 000003
【図２】
2018014292.tif 000004
【図３】
2018014292.tif 000005
【図４】
2018014292.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成28年8月1日(2016.8.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
この加速用電源装置４０は、加速用正電極１８及び加速用負電極２０間に印加する加速電圧を調整するための加速電圧調整手段４２を含んでいる。この加速電圧調整手段４２は、後述する電池出力の電圧が加速用電源装置４０により印加される加速電圧よりも低くなるように調整し、かく調整することにより電池装置の作動状態を安定させることができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
この電池装置２においては、電池溶液１２として電解液及び重水の混合液が用いられる。電解液としては、例えば、純水（又は蒸留水）に電解物質として水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムなどを溶解させた溶液を用いることができ、純水（又は蒸留水）１リットル当たり０．００５〜０．０５モル（０．００５〜０．０５mol／l）程度（例えば、０．０１mol／l）混合させ、また電池溶液として、この電解液に重水を３０〜３５重量％程度（例えば、３４重量％）混合させることができる。
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月5日(2017.1.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液と重水とを含む電池溶液を収容した電池容器本体と、前記電池溶液を電解するための電解用正電極及び電解用負電極と、前記電池容器本体内に収容され、前記電池溶液中の電荷イオンを加速するための加速用正電極及び加速用負電極と、電荷を集電するための集電用正電極及び集電用負電極と、前記電解用正電極及び前記電解用負電極の間に電解電圧を付与するための電解用電源装置と、前記加速用正電極及び前記加速用負電極の間に加速電圧を付与するための加速用電源装置と、前記電池溶液を均一化するための均一化手段と、を備え、前記集電用正電極は前記加速用正電極の外側に配設され、前記集電用負電極は前記加速用負電極の外側に配設され、前記加速用正電極から前記加速用負電極に正電荷イオンが流れ、前記加速用負電極に集まった前記正電荷イオンを消すように前記集電用正電極から前記集電用負電極に集電電荷が流れ、前記集電電荷の流れの一部を電池出力として取り出すことを特徴とする電池装置。
【請求項２】
前記均一化手段は、前記電池容器本体の片端壁の外側に配設された溜め容器と、前記溜め容器を通して前記電池溶液を循環させる溶液循環流路と、前記溶液循環流路に配設された循環ポンプとを備え、前記電池容器本体内の前記電池溶液が前記溶液循環流路及び前記溜め容器を通して循環され、前記溶液循環流路を通して循環される前記電池溶液の流れによって、前記電池容器本体内の前記電池溶液が循環されることを特徴とする請求項１に記載の電池装置。
【請求項３】
前記電解用正電極及び前記電解用負電極は前記溜め容器内に配設され、前記溜め容器内の前記電池溶液が電解され、前記溜め容器にて電解された前記電池溶液が前記溶液循環流路を通して前記電気容器本体内に送給されることを特徴とする請求項２に記載の電池装置。
【請求項４】
前記電池容器本体又は前記溜め容器に関連して、前記電池溶液の濃度を所定範囲に保つための溶液濃度調整手段が設けられ、前記濃度調整手段は、前記電解液を供給するための電解液供給手段と、前記重水を供給するための重水供給手段と、前記電池溶液本体内の前記電池溶液を排水するための排水手段とを含んでいることを特徴とする請求項２に記載の電池装置。
【請求項５】
前記加速用電源装置は、前記加速電圧を調整するための加速電圧調整手段を含み、前記加速電圧調整手段は、前記集電用正電極及び前記集電用負電極間を流れる集電電荷による電池出力の電圧が前記加速用電源装置により印加される加速電圧よりも低くなるように調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電池装置。
【請求項６】
前記加速用正電極は、前記電池容器本体内にて前記加速用負電極に向けて間隔をおいて配設された複数の正電極部材から構成され、隣接する正電極部材は電気抵抗を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電池装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の請求項１に記載の電池装置によれば、電解用正電極及び電解用負電極間に電解電圧が付与され、また加速用正電極及び加速用負電極間に加速電圧が付与されるので、電池溶液中の正電荷イオンが加速電圧により加速されて加速用正電極から加速用負電極に流れ、この加速用負電極に正電荷イオンが集まるようになる。また、加速用正電極の外側に集電用正電極が配設され、加速用負電極の外側に集電用負電極が配設されるので、加速用負電極に正電荷イオンが集まると、この正電荷イオンを消すように集電用正電極から集電用負電極に集電電荷が流れ、このように流れる集電電荷の一部を取り出すことによって電池出力を得ることができる。また、均一化手段が設けられているので、電池容器本体内の電池溶液の成分が均一化され、これによって、安定して電池出力を得ることができる。