(57)【要約】【課題】従来の空気電池システムでは、空気電池に対して空気を加圧供給するため、イオン化していないガス状の酸素が空気極側から電池内部に浸入して、放電出力が低下するという問題点があった。【解決手段】単セル１を複数配列し且つ単セル１同士の間に空気極１Ａに対する空気流路Ａｆを形成したセル集積体Ｓと、セル集積体Ｓを収納する分配ケース２と、分配ケース２排出部２Ｄ若しくはその下流側に配置され且つ分配ケース２の内部に負圧を付与するためのブロワ３３と、ブロワを制御するシステム制御手段３６を備えた構成とした空気電池システムとし、ガス状の酸素がセル内部に浸入するのを防止して放電出力の低下を防止し、空気流路Ａｆを狭くして小型化を図った構造でも良好な放電出力を維持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気極、電解質収容部及び金属負極を有する単セルを複数配列し且つ単セル同士の間に空気極に対する空気流路を形成したセル集積体と、
セル集積体を収納するケース本体に対して空気の導入部及び排出部を有する分配ケースと、
空気の排出部若しくはその下流側に配置され且つ分配ケースの内部に負圧を付与するためのブロワと、
ブロワを制御するシステム制御手段を備えたことを特徴とする空気電池システム。
【請求項２】
セル集積体の内部、空気の導入部、及び空気の排出部のうちの少なくとも一つに温度センサを設けたことを特徴とする請求項１に記載の空気電池システム。
【請求項３】
システム制御手段が、セル集積体に対する要求出力から目標放電電流値を決定して、目標放電電流値からセル集積体の発熱量を推算し、推算した発熱量、予め設定したセル集積体の冷却性能検出値、及び温度センサの測定値に基づいてブロワの回転数を制御する手段であることを特徴とする請求項２に記載の空気電池システム。
【請求項４】
電解質収容部が、予め電解質を収容した状態であり、
分配ケースに収容したセル集積体に対する空気の流通を遮断する封止フィルムと、
封止フィルムによる遮断を解除する封止解除手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気電池システム。
【請求項５】
セル集積体が、上部に各単セルの電解質収容部への注液口を有すると共に、電解質収容部が、電解質を未収容にした状態であり、
セル集積体の上側に配置され且つ電解質用液体を貯留した貯液タンクと、
貯液タンクの下部を開放して電解質用液体を注液口から電解質収容部に注液するためのタンク開放手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気電池システム。
【請求項６】
貯液タンクが、筐体に変形可能な内部タンクを収容した構造を有しており、
筐体が、その内部を大気圧に保持するタンク圧調整口を有していることを特徴とする請求項５に記載の空気電池システム。
【請求項７】
分配ケースが、空気の導入部を開閉する上流側バルブを備え、
システム制御手段が、上流側バルブの開閉動作を制御する機能を備えていることを特徴とする請求項６に記載の空気電池システム。
【請求項８】
請求項７に記載の空気電池システムを起動するに際し、
起動指令の入力によりブロワを動作させ、次に、タンク開放手段を動作させた後、上流側バルブを開放して空気を導入することを特徴とする空気電池システムの起動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単セルを複数配列した構造を有するセル集積体と、このセル集積体に対する空気の流通系とを備えた空気電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の空気電池システムとしては、特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載の空気電池システムは、金属極、空気極及び電解液部を含む金属空気電池と、金属空気電池の空気極に空気を供給する供給通路を有する空気供給部を備えている。そして、空気電池システムは、供給通路の中間に空気供給源としての空気ポンプを配置し、金属空気電池に対して空気を加圧供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２０４３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記したような従来の空気電池システムでは、空気電池に対して空気を加圧供給する構成であったため、その空気の圧力により、イオン化していないガス状の酸素が空気極側から電池内部に浸入して、空気極触媒と電解液とイオン化した酸素との三相界面を減少させてしまい、結果として放電出力が低下するという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、ガス状の酸素が電池内部に浸入するのを防止して放電出力の低下を防ぐことができる空気電池システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る空気電池システムは、空気極、電解質収容部及び金属負極を有する単セルを複数配列し且つ単セル同士の間に空気極に対する空気流路を形成したセル集積体と、セル集積体を収納するケース本体に対して空気の導入部及び排出部を有する分配ケースを備えている。そして、空気電池システムは、空気の排出部若しくはその下流側に配置され且つ分配ケースの内部に負圧を付与するためのブロワと、ブロワを制御するシステム制御手段を備えた構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【０００７】
なお、上記構成において、電解質収容部は、予め電解質を収容した状態でも良いし、電解質を未収容にした状態でも良く、いずれにしても放電時には電解質を収容した状態にする。また、空気電池システムは、電解質収容部を未収容の状態にした場合には、注液式の空気電池となり、ここで用いる電解質用液体は、電解液そのものや、電極構造体の内部に混入させた電解質用溶質材を溶融するための液体（水）などを含むものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係わる空気電池システムは、上記構成を採用したことから、空気流路を負圧にすることで、ガス状の酸素がセル内部に浸入するのを防止して放電出力の低下を防ぐことができ、とくに、空気流路を狭くして小型化を図った構造にした場合でも良好な放電出力を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の空気電池システムの第１実施形態を説明するブロック図（Ａ）、分配ケースの断面図（Ｂ）、及び図１（Ｂ）中のＡ−Ａ線に基づく断面図（Ｃ）である。
【図２】図１（Ｂ）中のＢ−Ｂ線に基づく断面図（Ａ）、及びセル集積体の部分での断面図（Ｂ）である。
【図３】図１中の制御手段の制御工程を示すフローチャート（Ａ）（Ｂ）である。
【図４】本発明の空気電池システムの第２実施形態を説明するブロック図（Ａ）、分配ケースの断面図（Ｂ）、及び図４（Ｂ）中のＡ−Ａ線に基づく断面図（Ｃ）である。
【図５】図４（Ｂ）中のＢ−Ｂ線に基づく断面図（Ａ）、タンク開放手段の可動板及び開封口金を説明する平面図（Ｂ）、開封口金の拡大平面図（Ｃ）、側面図（Ｄ）、及び注液後の状態を示す分配ケースの断面図（Ｅ）である。
【図６】図４中の制御手段の放電モードを示すフローチャート（Ａ）、及び停止モードを示すフローチャート（Ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜第１実施形態＞
図１（Ａ）に示す空気電池システムは、空気電池ユニットＣと、この空気電池ユニットＣの内部を流路の一部とする空気流通路３１を備えている。空気流通路３１には、空気電池ユニットＣの上流側（図中で右側）に配置した空気フィルタ３２と、空気電池ユニットＣの下流側に配置したブロワ３３が設けてある。また、空気流通路３１には、空気フィルタ３１と空気電池ユニットＣとの間を開閉する上流側バルブ３４と、空気電池ユニットＣとブロワ３３との間を開閉する下流側バルブ３５が設けてある。
【００１１】
さらに、空気電池システムは、ブロワ３３を制御するシステム制御手段３６を備えており、この実施形態では、システム制御手段３６が、上流側及び下流側のバルブ３４，３５の開閉動作を制御する機能も備えている。
【００１２】
空気電池ユニットＣは、図１及び図２に示すように、単セル１を複数配列した構造を有するセル集積体Ｓと、セル集積体Ｓを収容する分配ケース２を備えている。また、空気電池ユニットＣは、単セル１が予め電解質を収容した状態になっていて、分配ケース２に収容したセル集積体Ｓに対する空気の流通を遮断する封止フィルム３と、封止フィルム３による遮断を解除する封止解除手段９を備えている。ここで、説明の都合上、図１及び図２中に示す矢印Ｐを空気流通方向とし、後記する実施形態も同様とする。
【００１３】
単セル１は、とくに図２（Ｂ）に示すように、平板状の空気極１Ａと、同じく平板状の金属負極１Ｂとの間に、電解質収容部１Ｃを形成したものであり、複数枚の単セル１と、これらを保持するセルフレームＦによってセル集積体Ｓを構成している。セル集積体Ｓは、空気流通方向Ｐに直交する方向に所定間隔をおいて単セル１を配列し、隣接する単セル１同士の間に空気極１Ａに対する空気流路Ａｆを形成している。各空気流路Ａｆには、隣接する単セル１同士を電気的に接続する集電体（図示略）を配置する。このようなセル集積体Ｓは、組電池やカートリッジと称することもある。
【００１４】
フレームＦは、各単セル１の上端部及び下端部、空気流通方向Ｐの前後端部、並びに隣接する単セル１同士の上端部間を液密的（水密的）に閉塞している。また、フレームＦは、上端部の中央に、各単セル１の電解質１Ｃへの注液口Ｈが設けてある。この注液口Ｈは、電解質の充填後にキャップ４により水密的に閉塞してある。さらに、フレームＦは、その上端部において、空気流通方向Ｐの上流側及び下流側の少なくとも一方側に、単セル１の内部で発生した水素ガスを外部に排出する水素排出孔１Ｄを有している。
【００１５】
単セル１を構成する空気極１Ａは、詳細な図示を省略したが、例えば多孔質材料から成る正極部材と、最外層に配置した液密通気部材で構成してある。正極部材は、例えば、触媒成分、及び触媒成分を担持する導電性の触媒担体を含むものである。
【００１６】
正極用触媒成分としては、公知のものを使用することができる。触媒担体は、上述した触媒成分を担持するための担体、及び触媒成分と他の部材との間での電子の授受に関与する電子伝導パスとして機能するもので、公知のカーボンを使用することができる。
【００１７】
液密通気部材は、電解質に対して液密性を有し、且つ酸素に対して通気性を有する部材である。この液密通気部材は、電解質が外部へ漏出するのを阻止し得るように、ポリオレフィンやフッ素樹脂などの撥水膜を用いており、一方、正極部材に酸素を供給し得るように多数の微細孔を有している。
【００１８】
単セル１を構成する金属負極１Ｂは、標準電極電位が水素より卑な金属単体又は合金から成る負極活物質を含むものであり、空気電池に適用される従来公知の材料を適用することができる。
【００１９】
電解質は、電解液である場合には、例えば塩化カリウム、塩化ナトリウム、水酸化カリウムなどの水溶液を適用することができるが、これらに限定されるものではなく、空気電池に適用する従来公知の電解液を用いることができる。
【００２０】
分配ケース２は、セル集積体Ｓ及び封止解除手段９を収容する上方開口のケース本体２Ａと、ケース本体２Ａの上部を気密的に塞ぐ蓋体２Ｂを備えている。蓋体２Ｂは、空気流通方向Ｐの上流側に空気の導入部２Ｃを有すると共に、下流側に空気の排出部２Ｄを有している。これにより、分配ケース２は、セル集積体Ａを収容するケース本体２Ａに対して空気の導入部２Ｃ及び排出部２Ｄを有するものとなっている。
【００２１】
ブロワ３３は、上記の分配ケース２の内部に負圧を付与するためのものであって、分配ケース２の排出部２Ｄ若しくはその下流側において、出口方向に送風を行うように配置されている。
【００２２】
また、分配ケース２内において、セル集積体Ｓは、その底部をケース本体２Ａの底部に接触させて配置してあり、空気流通方向Ｐの上流側及び下流側に、導入部２Ｃ及び排出部２Ｄに夫々通じる上流側空間２Ｅ及び下流側空間２Ｆを形成している。これにより、隣接する単セル１同士の間の各空気流路Ａｆは、上流側空間２Ｅから下流側空間２Ｆに至る一方向（空気流通方向Ｐ）に連通している。
【００２３】
さらに、分配ケース２内においては、図２（Ｂ）に示すように、セル集積体Ｓの中央の空気流路Ａｆに温度センサＴＳが設けてある。この温度センサＴＳは、図示例のようなセル集積体Ｓの内部、空気の導入部２Ｃ、及び空気の排出部２Ｄのうちの少なくとも一つに設けることができ、その測定値を前記システム制御手段３６に入力する。
【００２４】
封止フィルム３は、二酸化炭素、酸素及び水の遮断性能が高く、且つ水素ガスの透過性を有する単層又は多層のフィルムを用いることができる。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリスルホンから成る群より選択される材料から成る公知のフィルムを使用することができ、その材料がとくに限定されるものではない。
【００２５】
また、この実施形態の封止フィルム３は、空気流路Ａｆを密閉する状態で、セル集積体Ｓの上流側及び下流側の端面に対して、夫々剥離可能に貼り付けてあり、これにより、分配ケース２に収容したセル集積体Ｓに対する空気の流通を遮断している。この際、封止フィルム３は、セル集積体ＳのフレームＦに形成した水素排出孔１Ｄの外側を閉塞しているが、水素ガスの透過性を有するので、水素ガスを排出することができる。
【００２６】
封止解除手段９は、この実施形態では、分配ケース２内において、蓋体２Ｂとセル集積体Ｓとの間に配置してあり、セル集積体Ｓの上流側及び下流側の端面に貼り付けた夫々の封止フィルム３，３に対して、同一構成のものを備えている。
【００２７】
封止解除手段９は、封止フィルム３の剥離開始端部である下端部に連結した一対の連結索５，５と、両連結索５，５の末端を固定した巻取り用軸６と、巻取り用軸６を回転駆動する駆動源７を備えている。さらに、封止解除手段９は、巻取り用軸６及び同巻取り用軸６に巻取った封止フィルム３を収納するカバー部材８を備えている。
【００２８】
連結索５は、その材料がとくに限定されるものではないが、変形自在であると共に、封止フィルム３を剥離し得る充分な強度を有し、図１（Ｃ）に示すように、封止フィルム３の下端部両側に連結してある。巻取り用軸６は、図２（Ａ）に示すように、分配ケース２によって両端部が回転自在に保持してある。駆動源７は、例えばモータであって、分配ケース２の外側に配置され、巻取り用軸６を回転させる。
【００２９】
カバー部材８は、図１（Ｂ）に示すように、巻取り用軸６を中心に配置した断面コ形状の部材であり、図１（Ｃ）に示すように、竪面に、連結索５及び封止フィルム２を通過させるスリット８Ａを有している。このカバー部材８は、スリット８Ａを有する竪面が、分配ケース２内の上流側空間２Ｅ及び下流側空間２Ｆの内面の一部を形成している。
【００３０】
上記構成を備えた空気電池システムは、例えば、自動車の補助電源として車載される。空気電池ユニットＣは、不使用時（保存時）においては、封止フィルム３によってセル集積体Ｓに対する空気の流通を遮断しているので、放電をしない状態を維持している。このとき、各単セル１の電解質１Ｃにおいて水素ガスが発生することがある。その水素ガスは、水素排出孔１Ｄから排出され、さらに、封止フィルム３を透過して外側へ排出される。したがって、当該空気電池ユニットＣは、セル集積体Ｓの内部に水素ガスが溜まるような心配がない。
【００３１】
次に、空気電池システムは、使用する際には、例えば運転席周辺に配置したスイッチ類を操作して、封止解除手段９の駆動源７、ブロワ３３、上流側及び下流側のバルブ３４，３５を作動させる。これら作動順序は、システム制御手段３６にプログラミングしておくことで実行することができ、とくに限定されないが、例えば、下流側バルブ３５を開放すると共に、封止解除手段９の駆動源７を動作させ、その後、ブロワ３３の動作及び上流側バルブ３４の開放を行う。
【００３２】
空気電池ユニットＣでは、駆動源７により巻取り用軸６が回転駆動され、この巻取り用軸６に連結索５を巻取るのに伴って、セル集積体Ｓの端面に貼り付けた封止フィルム３を下端部から剥離させていき、最終的には、封止フィルム３を全て巻取り用軸６に巻取ることとなる。このようにして、空気電池ユニットＣは、封止フィルム３による空気流通の遮断を解除する。
【００３３】
そして、空気電池ユニットＣは、ブロワ３３により分配ケース２の内部に負圧を付与し、これにより、空気フィルタ３２を通して空気を導入部２Ｃから分配ケース２に導入する。導入された空気は、上流側空間２Ｅから各空気流路Ａｆに均等に分配され、個々の単セル１の空気極１Ｂに供給されると共に、各単セル１を冷却する。その後、空気は、下流側空間２Ｆから排出部２Ｄ及びブロワ３３を経て外部に排出される。
【００３４】
上記の空気電池システムは、セル集積体Ｓと、分配ケース２と、ブロワ３３と、システム制御手段３６を備えて、起動時には、ブロワ３３により分配ケース２の内部に負圧を付与することで空気を導入し、その導入空気を各単セル１の空気極１Ａに供給するようにしたので、イオン化されていないガス状の酸素がセル内部に浸入するのを防止することができる。これにより、単セル１において、空気極触媒と電解液とイオン化した酸素との三相界面が良好に維持され、放電出力の低下を防ぐことができる。
【００３５】
また、空気電池システムは、空気流路Ａｆ内を負圧にするので、空気極１Ａに残存する空気を強制的に排出させて正極触媒層の電解質（液）の濡れ性を向上させることができ、空気流路Ａｆを狭くして小型化を図った構造にした場合でも、ガス状の酸素がセル内部に浸入するのを防止して、良好な放電出力を維持することができる。しかも、単セル１が加圧されないので、その内部の電解質（液）が構成部材の隙間等から漏れるような心配も全くない。
【００３６】
さらに、空気電池システムは、セル集積体Ｓの冷却効率が向上する。例えば、セル集積体の導入側にブロワを配置して空気を圧縮すると、ブロワ出口の空気温度がブロワ損失に応じて上昇する。これに対して、空気電池システムでは、空気流路Ａｆに負圧を付与することにより、セル集積体Ｓに供給する空気が昇温しないので、少ない空気流量でもセル集積体Ｓを効率良く冷却することができる。
【００３７】
さらに、空気電池システムは、単セル１の電解質収容部１Ｃが電解質（液）を収容した状態であって、封止フィルム３と、その封止解除手段９を採用したことにより、簡単な構成で起動の自動化を容易に実現し得るものとなり、自動車用の補助電源等に使用した場合には、走行中であっても速やかに起動させることができる。
【００３８】
ここで、空気電池システムは、より好ましい実施形態として、システム制御手段３６が、セル集積体Ｓに対する要求出力から目標放電電流値を決定して、目標放電電流値からセル集積体Ｓの発熱量を推算し、推算した発熱量、予め設定したセル集積体の冷却性能検出値、及び温度センサＴＳの測定値（セル集積体Ｓの温度・電池温度Ｔｃ）に基づいてブロワ３３の回転数を制御する手段としても良い。その具体例を図３に示す。
【００３９】
図３（Ａ）は放電モードを説明するフローチャートである。
すなわち、放電時には、ステップＳ１において、セル集積体Ｓに対する要求出力に基づいて目標放電電流値Ａｃを決定し、ステップＳ２において、目標放電電流値Ａｃからセル集積体Ｓの発熱量Ｑｃを推算し、ステップＳ３において、温度センサＴＳにより電池温度Ｔｃを検出する。
【００４０】
次に、ステップＳ４において、電池温度Ｔｃが目標電池温度ＴｃＯであるか否かを判定し、電池温度Ｔｃが目標電池温度ＴｃＯである場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ３に戻り、電池温度Ｔｃが目標電池温度ＴｃＯではない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ５に移行して冷却性能検出値Ｔ１を検出する。この冷却性能検出値Ｔ１は、分配ケース２の導入部２Ｃや空気流路Ａｆの入口での空気温度、若しくはセル集積体Ｓの温度変化率などの実測値を用いることができる。つまり、温度センサＴＳの測定値を利用することができる。
【００４１】
そして、ステップＳ６において、冷却性能検出値Ｔ１、推算した発熱量Ｑｃ、及び温度センサＴＳの測定値（電池温度Ｔｃ）に基づいて、目標空気流量が得られるようにブロワ３３の回転数Ｒ２を算出する。続いて、ステップＳ７においてブロワ３３の回転数を調整し、ステップＳ８において放電電圧Ｖｃを検出する。その後、ステップＳ９において、放電電圧Ｖｃが停止閾値電圧Ｖｔｈ２以下であるか否かを判定し、放電電圧Ｖｃが停止閾値電圧Ｖｔｈ２を超えている場合（Ｎｏ）には、ステップＳ１に戻り、放電電圧Ｖｃが停止閾値電圧Ｖｔｈ２以下である場合（Ｙｅｓ）には、図３（Ｂ）に示す停止モードに移行する
【００４２】
停止時には、ステップＳ１０において放電を停止すると、ステップＳ１１においてブロワ３３を停止モード回転数Ｒ３にし、ステップＳ１２において温度センサＴＳで電池温度温度Ｔｃを検出する。そして、ステップＳ１３において、電池温度Ｔｃが停止閾値温度Ｔｔｈ以下であるか否かを判定し、電池温度Ｔｃが停止閾値温度Ｔｔｈを超えている場合（Ｎｏ）には、ステップＳ１１に戻り、電池温度Ｔｃが停止閾値温度Ｔｔｈ以下である場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ１４に移行してブロワ３３を停止させる。
【００４３】
この種の空気電池では、目標放電電流値に基づいて、反応に必要な空気流量を決定する制御が一般的である。これに対して、この実施形態の空気電池システムでは、目標放電電流値Ａｃから推算した発熱量Ｑｃ、冷却性能検出値Ｔ１及び温度センサＴＳの測定値（電池温度Ｔｃ）に基づいて、ブロワ３３の回転数を制御して空気流量を決定する。
【００４４】
そして、上記のシステム制御手段３６を含む空気電池システムでは、分配ケース２内の空気流路Ａｆを負圧にすることで、空気流路Ａｆの内圧に対する出力変動感度を無視できる状態になるので、外気温や要求電力の変動時において、セル集積体Ｓの温度を安定させるために空気流量が変動しても、目標出力からのずれが小さく、出力制御が容易である。
【００４５】
＜第２実施形態＞
図４及び図５は、本発明に係わる空気電池システムの第２実施形態を示す図である。なお、第１実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
この実施形態の空気電池ユニットＣでは、セル集積体Ｓが、上部に各単セル１の電解質収容部１Ｃへの注液口Ｈを開放状態で有すると共に、各単セル１の電解質収容部１Ｃが、電解質を未収容にした状態である。つまり、この実施形態の単セル１は、注液式の空気電池である。
【００４６】
また、空気電池ユニットＣは、セル集積体Ｓの上側に配置され且つ電解質用液体１２を貯留した貯液タンクＴと、貯液タンクＴの下部を開放して電解質用液体１２を注液口Ｈから電解質収容部１Ｃに注液するためのタンク開放手段と、貯液タンクＴとセル集積体Ｓとを接続するマニホルド１３を備えている。さらに、空気電池ユニットＣは、貯液タンクが、筐体１４に変形可能な内部タンク１５を収容した構造を有しており、１４筐体が、その内部を大気圧に保持するタンク圧調整口１６を有している。
【００４７】
この実施形態のセル集積体Ｓは、上部に傾斜を有しており、図示例では、空気流通方向Ｐの上流側を下位側とし且つ下流側を上位側とする傾斜である。そして、セル集積体Ｓは、傾斜の下位側に夫々の電解質収容部１Ｃへの注液口Ｈを有すると共に、傾斜の上位側に夫々の電解質収容部１Ｃへの液戻り口Ｒを有している。電解質用液体１２は、電解液そのものや、単セル１の内部に混入させた固体の電解質を溶融するための液体（水）などを含むものである。
【００４８】
貯液タンクＴを構成する筐体１４は、やや扁平な直方体形状であって、底面に、フレームＦの注液口Ｈ群の上側に相対向する開口部１４Ｃを有し、この開口部１４Ｃに、タンク開放手段を構成する可動板１７が組み付けてある。開口部１４Ｃは、筐体１４の底面の幅方向（空気流通方向Ｐに直交する方向）にわたる水平部と、筐体１４の両側面に連続する垂直部を有している。
【００４９】
他方、可動板１７は、開口部１４Ｃの幅に対応する幅寸法と、筐体１４の底面の幅よりも長い長手寸法を有する板部材であり、中央に、スリット１７Ａを有している。この可動板１７は、開口部１４Ｃの両側の垂直部で上方移動が規制され、図４（Ｂ）に示すように、筐体１４の底部を貫通した状態になる。
【００５０】
内部タンク１５は、例えば樹脂製の袋体である。この場合、使用する樹脂は、自在に変形可能なものであれば特に制限はないが、電解質用液体（電解液）１２がアルカリ水溶液である場合には、少なくとも電解質用液体１２と接触する部分に耐アルカリ性樹脂を用いる必要がある。この内部タンク１５は、変形した際に破けて液漏れが起きるような材質であってはならない。
【００５１】
この実施形態の内部タンク１５は、電解質用液体１２を貯留すると共に、図４（Ｂ）に示すように、筐体１４の開口部１４Ｃに組み付けた可動板１７により、部分的に持ち上げられた状態で筐体１４に収容されている。また、内部タンク１５は、例えば、ベローズ状に成形したり適当な折り目を設けたりして収縮変形し易い構成にし、収縮変形した際に容積が極力小さくなる構成であることが非常に有効である。なお、上記の内部タンク１５の収縮変形とは、その容積を減少させるように変形することであり、伸縮性を有する素材を必須要件としたものではない。
【００５２】
タンク開放手段は、この実施形態では、主として、貯液タンクＴの内部タンク１５の下部を開放する手段であって、前記可動板１７、一対の電磁アクチュエータ１８，１８、及び複数の開封口金１９により構成してある。電磁アクチュエータ１８，１８は、図４（Ｃ）及び図５（Ａ）に示すように、空気流通方向Ｐに対して筐体１４の左右両側に固定してあり、下向きにした出力軸を可動板１７の端部に連結して、可動板１７を上昇限に保持している。
【００５３】
開封口金１９は、図５（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、角筒状の部材であり、上端部に鋸刃状の切刃１９Ａを有している。開封口金１９は、セル集積体ＳのフレームＦの上面において、可動板１７のスリット１７Ａに対応する範囲内に複数個（図示例では５個）が直列配置してある。ここで、スリット１７Ａは、先述した筐体１４の開口部１４Ｃと可動板１７との位置関係により、フレームＦの注液口Ｈ群の範囲内にある。また、開封口金１９は、切刃１９Ａが可動板１７の上面よりも下位側に位置している。この際、内部タンク１５は、先述の如く可動板１７により部分的に持ち上げられているので、開封口金１９の切刃１９Ａとは離間している。なお、図４（Ｃ）には、一部の開封口金１９のみを拡大して図示している。
【００５４】
上記の空気電池システムにおいて、タンク開放手段は、内部タンク１５の底部を部分的に持ち上げて保持する可動板１７と、可動板１７を下降させる電磁アクチュエータ１８と、マニホルド１３内に配置され且つ可動板１７とともに下降した内部タンク１５の底部を切断開放する開封口金１９を備えた構成である。
【００５５】
マニホルド１３は、貯液タンクＴとセル集積体Ｓとを液密的に接続する変形自在な環状体であり、電解質用液体１２に対する耐性を確保するために、内部タンク１５と同じ材料で形成することができる。
【００５６】
より具体的には、マニホルド１３は、その上端部が、タンク開放手段による貯液タンクＴの開放部を包囲する部分、すなわち内部タンク１５の底面において開封口金１９との相対向部を包囲する部分に対して液密的に接着してある。また、マニホルド１３は、同じく上端部が、可動板１７の上面にも接着してあり、この際、内部タンク１５の底部とともに可動板１７の上面に接着してある。このマニホルド１３は、中間部が、可動板１７のスリット１７Ａの内側を通過している。
【００５７】
さらに、マニホルド１３は、下端部が、セル集積体Ｓの注液口Ｈ群及び液戻り口Ｒ群を包囲する部分に対して液密的に接着してある。この実施形態では、マニホルド１３は、下端部全周に枠部１３Ａを有し、この枠部１３Ａをセル集積体Ｓの上端部全周に接着固定している。このようにして、マニホルド１３は、タンク開放手段による貯液タンクＴの開放部からセル集積体Ｓの各注液口Ｈに至る間に注液用の閉空間を形成している。タンク開放手段による貯液タンクＴの開放部は、筐体１４の開口部１４Ｃの位置で形成される。
【００５８】
この実施形態の分配ケース２は、ケース本体２Ａに、貯液タンクＴ及びセル集積体Ｓを上下に重ねて収納すると共に、このセル集積体Ｓを間にして、空気の導入部２Ｃ及び排出部２Ｄを有している。そして、排出部２Ｄ若しくはその下流側に、分配ケース２の内部に負圧を付与するためのブロワ３３が配置されている。
【００５９】
タンク圧調整口１６は、パイプから成るもので、分配ケース２の上部、及び貯液タンクＴの筐体１４の上部を夫々貫通した状態で固定してあり、外部と筐体１４の内部を連通状態にしている。
【００６０】
上記構成を備えた空気電池システムは、起動するに際し、起動指令の入力によりブロワ３３を動作させ、次に、タンク開放手段を動作させた後、上流側バルブ３４を開放して空気を導入する起動方法を採用することが望ましい。以下、図６のフローチャートに基づいて、空気電池ユニットＣの動作とともに起動方法を説明する。この起動方法は、システム制御手段３６により実行させることができる。
【００６１】
すなわち、ステップＳ２１において起動指示を検出すると、ステップＳ２２において、下流側バルブ３５を開放し、ブロワ３３を起動モード回転数Ｒ１で動作させる。次に、ステップＳ２３において、貯液タンクＴのタンク開放手段を動作させる。タンク開放手段の動作は以下のとおりである。
【００６２】
空気電池ユニットＣは、両電磁アクチュエータ１８を作動させると、両電磁アクチュエータ１８の出力軸が下方に移動して可動板１７が下降する。すると、可動板１７とともに内部タンク１５の底部が下がり、可動板１７の下降動作に相対してスリット１７Ａから開封口金１９が突出し、内部タンク１５の底部を開封口金１９の切刃１９Ａにより切断して開放する。この際、開封口金１９は、角筒状であるから、電解質用液体１２の流通を何ら妨げることはない。
【００６３】
これにより、空気電池ユニットＣは、内部タンク１５内の電解質用液体１２がマニホルド１３内を流下して、フレームＦの各注液口Ｈから各単セル１の電解質収容部１Ｃへの注液が開始される。この際、マニホルド１３は、貯液タンクＴの底部の一カ所から流出した電解質用液体１２を各単セル１の電解質収容部１Ｃに分配する機能、電解質用液体１２の液漏れや飛散を阻止する機能を有する。
【００６４】
上記の如くタンク開放手段を動作させて、各単セル１の電解質収容部１Ｃに電解質用液体１２の供給を開始すると、ステップＳ２４において、ブロワ３３の動作開始後の時間が所定の経過時間ｔ１以上であるか否かを判定し、動作開始後の時間が所定の経過時間ｔ１未満である場合（Ｎｏ）には、ステップＳ２２に戻り、動作開始後の時間が所定の経過時間ｔ１以上である場合（Ｎｏ）には、ステップＳ２５に移行して上流側バルブ３４を開放する。
【００６５】
このとき、空地電池システムでは、上流側バルブ３４の開放前に、ブロワ３３及びタンク開放手段を動作させているので、分配ケース２の内部が減圧された状態になる。これにより、空気電池ユニットＣにおいて、空気極１Ａに残存する空気が強制的に排出されると同時に、電解質用液体１２の注液が速やかに行われる。
【００６６】
その後、空気電池ユニットＣは、上流側バルブ３４を開放することで、導入部２Ｃから分配ケース２の空気流路Ａｆに空気を導入し、各単セル１の空気極１Ａに空気を供給して放電を継続し、且つまた導入空気によりセル集積体Ｓの冷却も行うこととなる。また、空気電池ユニットＣは、図５（Ｅ）に示すように、電解質用液体１２の注液とともに貯液タンクＴの内部タンク１５が潰れるように変形し、その変形に伴って、タンク圧調整口１６から筐体１４の内部に外気が導入される。
【００６７】
さらに、空気電池システムは、ステップＳ２６において、セル集積体の開放端電圧ＯＣＶを検出し、ステップＳ２７において、開放端電圧ＯＣＶが予め設定した電圧Ｖ１以上であるか否かを判定する。ここで、開放端電圧ＯＣＶが予め設定した電圧Ｖ１未満である場合（Ｎｏ）には、ステップＳ２８に移行して予備放電を一定時間行ってから、ステップＳ２６に戻る。また、開放端電圧ＯＣＶが予め設定した電圧Ｖ１以上である場合（Ｙｅｓ）には、そのまま放電モードに移行する。このように予備放電を行うことにより、空気極１Ａの電極表面と電解質用液体１２とを濡れを促進させることができる。
【００６８】
上記の空気電池システム及びその起動方法は、とくに、注液式の単セル１から成るセル集積体Ｓを備えた構成において、分配ケース２の内部に負圧を付与することで、ガス状の酸素がセル内部に浸入するのを防止して放電出力の低下を防ぐことができ、とくに、空気流路Ａｆを狭くして小型化を図った構造にした場合でも良好な放電出力を維持することができる。
【００６９】
また、上記の空気電池システム及びその起動方法は、上流側バルブ３４の開放前にブロワ３３やタンク開放手段を動作させることで、正極触媒層の電解質（液）の濡れ性を向上させると共に、注液時間並びに起動時間を短縮することができる。しかも、電解質用液体１２が貯液タンクＴ側に逆流するような心配も全く無い。
【００７０】
さらに、上記の空気電池システムは、注液式の単セル１とし、貯液タンクＴ及びタンク開放手段（１７，１８，１９）を採用したことから、電解質用液体１２の注液の自動化が容易であり、振動、傾斜及び加速度が作用するような状況下であっても、液漏れを生じることなく注液を確実に行うことができ、速やかに発電を開始し得る。したがって、空気電池システムは、自動車用の補助電源等に使用した場合、走行中でも確実に注液を行うことができ、しかも、液漏れを確実に阻止し得るので、強アルカリ性の電解質用液体１２を用いる高出力の空気電池への適用に非常に有効である。
【００７１】
さらに、上記の空気電池システムは、筐体１４に変形可能な内部タンク１５を収容した構造の貯液タンクＴと、筐体１４の内部を大気圧に保持するタンク圧調整口１６を採用したことにより、注液に伴って内部タンク１５をその容積が減少するように円滑に変形させることができ、注液動作をより円滑にする。
【００７２】
本発明に係わる空気電池システムは、その構成が上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各部位の形状、個数及び材料などの構成の細部を適宜変更することが可能である。また、電解質である電解液の水分補給や濃度調整のために、電解液を循環させる機構を具備しなシステムにすることもできる。
【符号の説明】
【００７３】
Ａｆ  空気流路
Ｈ  注液口
Ｓ  セル集積体
Ｔ  貯液タンク
ＴＳ  温度センサ
１  単セル
１Ａ  空気極
１Ｂ  金属負極
１Ｃ  電解質収容部
２  分配ケース
２Ａ  ケース本体
２Ｃ  導入部
２Ｄ  排出部
３  封止フィルム
９  封止解除手段
１２  電解質用液体
１６  タンク圧調整口
１７  可動板（タンク開放手段）
１８  アクチュエータ（タンク開放手段）
１９  開封口金（タンク開放手段）
３３  ブロワ
３４  上流側バルブ
３６  システム制御手段
【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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