(57)【要約】      （修正有）【課題】捨てられる乾電池からエネルギーを回収し、一次電池側との負荷平準の技術を提供する。【解決手段】乾電池と対称型スーパーキャパシターを組み合わせ併用することにより、エネルギー全体を増やす。スーパーキャパシターと乾電池を直列につなぐことでスーパーキャパシターは電池を昇圧するだけでなく、電池のみの配列よりも多くの電流を供給することが出来る。当スーパーキャパシターは放電すると同時に蓄電を行う。スーパーキャパシターが放電し電圧が片方の極で減っていくとき、補完するように反対の電極で負のポテンシャルが蓄積されていくのである。コントロール回路によりスーパーキャパシターの両端の極性を繰り返し反転させ、直列に配列された乾電池より多くのエネルギーが継続的に回収され、効率利用と、廃棄される乾電池の削減が実現する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー回収方法の構成として：
（１）最低一個の電源、
（２）上記電源と接続される、極性を変換できる電極を持つ対称型スーパーキャパシターを最低一個、
（３）上記電源と上記スーパーキャパシターに接続される一個のコントロール回路。上記コントロール回路は最低一個の変換回路を含むがこれで上記スーパーキャパシターの極性変換をつかさどり、負荷装置を駆動させる。
【請求項２】
請求項１記載のエネルギー回収方法の構成で、上記変換回路は上記スーパーキャパシターの極性を変換するが、これは上記スーパーキャパシターの前向き放電ポテンシャルと逆向き充電ポテンシャル間の絶対的差分に基づく。
【請求項３】
請求項２記載の上記スーパーキャパシターは対称型スーパーキャパシターで逆向き充電の機能がありその構成は、少なくとも２つの電極で、それらは両極とも同一のイオン吸収用作用物質、添加物、集電極で製造される。
【請求項４】
請求項２記載のエネルギー回収方法で上記ポテンシャル間の絶対的差分は０．２ボルトかそれ以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、対称型スーパーキャパシターの持つ極性転換可能な非極性、および昇圧ポンプとして機能する高エネルギー密度を利用する。  充電元である電源（特に乾電池）からのエネルギー回収に関する。
【背景技術】
【０００２】  本発明は米国における別の応用特許（申請番号１０／９０５，１９０）“Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｙ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｙ  Ｍｅｔｈｏｄ”（米国特許７，０８５，１２３  Ｂ２）の分野に関連し、更に継続しているものである。通常使われる使い捨て乾電池の使用時間はＥＳＲ（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  ｓｅｒｉｅｓ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、等価直列抵抗）として知られている電池の内部抵抗と電池の放電率に依存する。充電可能ないわゆる二次電池（ニッケル水素、リチウムイオン等）が携帯情報機器等の電源として一般的になっているが、今でも使い捨ての一次電池の市場でのシェアは大きい。乾電池の放電カーブが使用時間を決定するが図１に示すように一次電池は電圧が降下していく。放電初期に電池は急速に電圧降下が起こり使用時間の短縮につながる。放電中期でも電圧降下のカーブはかなり急である。一次電池の急激な電圧降下は放電に伴うＥＳＲの増加に拠っている。加えて電圧降下は放電率をさらに加速させる。一次電池の出力電流が６４０ｍＡから１．５Ａまで増えるとき、電圧降下は放電単位あたり４４ｍＶから３００ｍＶに跳ね上がる。電池の寿命が“尽きた”時点の残存エネルギーのほうが放電エネルギーよりも大きいのである。電池が無くなった時点での残存エネルギーは終期レベル電圧を初期レベル電圧で割り算して求める。使用前の初期レベルは１．５Ｖで製造されるが、終期レベルは大体０．８Ｖまで下がる。無くなった電池の残存エネルギー率は０．８／１．５，つまり５３．３％である。もし使用器機がより多くの電力を要する場合、乾電池はかなりの残存エネルギーと高い電圧を内在したままその目的を終えてしまう。しかしこれら“無くなった”電池は低消費電流の装置（懐中電灯等）用には十分に使うことが出来る。【０００３】  一次電池のこういった使用方法ではエネルギーを無駄にしているわけである。世界中の一次電池の生産量は莫大な量に上る。一次電池のリサイクルはほとんど進んでいないので電池廃棄は深刻な環境問題である。一次電池使用についての効率改善がエネルギー保存と環境保全の観点から重要な所以である。本問題は３つのアプローチから達成され得る。それはＤＶＳ（動的電圧変更手法）、負荷平準、そしてエネルギー回収である。ＤＶＳは主要な目的の需要に合わせて（周辺の電力需要をシャットダウンしながら）電力配送を動的に変化させる手法である。コンピュータ内のＣＰＵや電子回路などはクロック回路を利用して必要に応じて他の副次的機能をスリープからアップさせている。この方法でのＵＳ特許では３，９７８，３９２，６，２３３，０１６，６，６５３，８１６、６，８３５，４９１がある。【０００４】  しかしＤＶＳ関連特許は高い放電率を持つ乾電池に関しては無力だ。ピーク時の負荷を一次電池から軽減する為にニッケルカドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池を負荷平準の目的で使用する特許もある（ＵＳ特許５，４１８，４３３）。Ｎｉ−Ｃｄは寿命を縮めるメモリー効果もあり、当然カドミウム金属の環境汚染も避けられない。ＵＳ特許６，３７０，０４６，７，０１５，６７４は二次電池で使われる一部の種類の乾電池用に（スーパー）キャパシターを負荷平準���使用できることを示した。トランスや必要以上の電子コンポーネントも負荷平準に使われている。残存エネルギー回収に関しては誘導器の残存エネルギーをトランスでフィードバックし電源器内の貯電キャパシターに送電する特許がある（ＵＳ特許４，１５０，３０７）。ＵＳ特許４，５９５，９７５は誘導負荷で生み出された対抗誘起起電力について述べている。乾電池のエネルギー効率を改善するこうした努力に関わらず、一次電池の放電時の電圧降下の対策と残存電力の回収方法については当発明を待たなければならない。
【特許文献】  Ｕ．Ｓ．ＰＡＴＥＮＴ  ＤＯＣＵＭＥＮＴＳ  ３，９７８，３９２  ８／１９７６  Ｂｕｄｒｙｓ  ｅｔ  ａｌ．  ４，１５０，３０７  ４／１９７９  Ｌｏｕｃｋｓ  ４，５９５，９７５  ６／１９８６  Ｇｒａｙ，Ｓｒ  ４，５１８，４３３  ５／１９９５  Ｎｉｌｓｓｅｎ  ６，１０６，９７４  ８／２０００  Ｂｒｏｎｏｅｌ  ｅｔ  ａｌ．  ６，２３３，０１６  Ｂ１  ５／２００１  Ａｎｄｅｒｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．  ６，３７０，０４６  Ｂ１  ４／２００２  Ｎｅｂｒｉｇｉｃ  ｅｔ  ａｌ．  ６，５１０，０４３  Ｂ１  １／２００３  Ｓｈｉｕｅ  ｅｔ  ａｌ．  ６，５７９，３２７  Ｂ１  ６／２００３  Ｓｈｉｕｅ  ｅｔ  ａｌ．  ６，６５０，０９１  Ｂ１  １１／２００３  Ｓｈｉｕｅ  ｅｔ  ａｌ．  ６，６５３，８１６  Ｂ２  １１／２００３  Ｐｅｅｋ  ｅｔ  ａｌ．  ６，８３５，４９１  Ｂ２  １２／２００４  Ｇａｒｔｓｔｅｉｎ  ｅｔ  ａｌ．  ７，０１５，６７４  Ｂ２  ３／２００６  ＶｏｎｄｅｒＨａａｒ  ７，０８５，１２３  Ｂ２  ８／２００６  Ｓｈｉｕｅ  ｅｔ  ａｌ．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  使い捨てアルカリ電池は簡単な入手性と手ごろな値段のため広く使われている。しかし捨てられるアルカリ電池は実は半分以上の未使用のエネルギーが残存している。捨てられる理由は、電池はその時点で応用機器を駆動するだけの十分な電圧でエネルギーを放電出来ないからである。【０００６】  当発明によりスーパーキャパシターを使い、捨てられる乾電池からエネルギーを回収し、一次電池側との負荷平準の技術を提供する。負荷平準は放電時の電圧低下を最小限に食い止めることにより乾電池の使用時間を伸ばし、そして回収されたエネルギーは一次電池と併用しシステムトータルの使用時間を増やす。その結果、乾電池の廃棄率を減少させる。【０００７】  電池と一緒にスーパーキャパシターを組み合わせ併用することにより、エネルギー全体を増やす。スーパーキャパシターと電池を直列につなぐことでスーパーキャパシターは電池を昇圧するだけでなく、電池のみの配列よりも多くの電流を供給することが出来る。スーパーキャパシターは放電すると同時に蓄電を行う。スーパーキャパの電圧が片方の極で減っていくとき、補完するように反対の極で負のポテンシャルが蓄積されていくのである。スーパーキャパの両端の極性を繰り返し反転させることにより、直列に配列された電池のみの組み合わせより多くのエネルギーが継続的に回収される。本発明のエネルギー回収の器具とエネルギー回収方法は３点から構成される。
（１）最低一個の電源（例えば使い捨て乾電池）、
（２）電源と直列につながった最低一個の対称型スーパーキャシター。この対称型スーパーキャシターには、充電前は極性が未定（正でも負でもない）の２つの全く同じ性質の電極が両端にある。スーパーキャシターと電源が一度に働くと、スーパーキャシター内部で逆向きの充電と、放電が同時に発生する。
（３）放電元である電源とスーパーキャシターに働きかけるコントロール回路。これはスーパーキャパシターの前向き放電ポテンシャルと逆向き充電ポテンシャル間の絶対差に基づく極性変換をコントロールする回路である。【０００８】  スーパーキャパシターを一般的に製造する場合、２つの電極は同一の物質で同一の製法で造られる。よって、おのおのの電極は充電するまでは何の極性を持たない。初期充電後でさえも両極は更に充電することにより初期の極性と異なった極性になる。そのため二つの電極に対して特に永久に特定の極性を持つわけではない。ところが一般の乾電池や既存のキャパシター（アルミニウム電解コンデンサー等）の電極は製造時に予め決められ極性を変換することは出来ない。【０００９】  スーパーキャパシターと、一般乾電池や既存キャパシターでの更なる相違点は、スーパーキャパシターは本来とは逆向きの充電が出来ることである。さらに逆向き充電の過程で同時にスーパーキャパシターの放電も行えることである。放電過程でスーパーキャパシターの電圧が降下すると、それを補う負のポテンシャルが増加していく。正のポテンシャルが枯渇し負のポテンシャルが充填されると均衡点に達し、スーパーキャパシターは開回路（オープン）になりそれ以上電流は流れない。逆向き充電によりスーパーキャパシターと乾電池の直列つなぎは、今度は並列つなぎに変換され、その時点で負荷装置に対して電流は流れなくなる。電流を再び送るにはスーパーキャパシターの極性を逆に変換し、乾電池との直列つなぎに戻す必要がある。そうすればスーパーキャパシターと乾電池の組み合わせは再び直列つなぎになり十分な電圧で負荷装置を駆動することが出来る。負荷装置駆動に要する電流は主にスーパーキャパシターが提供している。【００１０】  スーパーキャパシターと乾電池の直列つなぎによる負荷装置駆動の間、スーパーキャパシターは継続的に放電し、同時に乾電池からエネルギーを受け取る。自動的スウィッチ回路を組み込むことでスーパーキャパシターの極性を自動的継続的に繰り返し変換し、より高いポテンシャルを保持する極を正極にするのである。その結果スーパーキャパシターはコンスタントに負荷に電力を送ることが出来る。その一方で対の乾電池のエネルギーは継続的に減少し、負荷駆動可能電圧を下回るレベルまで、エネルギーは送られ続ける。スウィッチ回路の構成は、電圧センサ、マイコン、オン／オフ  トランジスタースイッチとリレーである。放電と逆向き充電間の絶対ポテンシャル差が前もって決められたレベルに到達した時点で、スーパーキャシターの極性は即座に自動変換される。繰り返しの極性変換により負荷装置は継続的電力を受け取り、併用乾電池はより効率の良い使用率になる。【００１１】  スーパーキャパシターと一次乾電池の直列つなぎでは、スーパーキャパシターは乾電池の昇圧ポンプとして機能する。その時の電圧はスーパーキャパシターと乾電池の和である。この時の必要電力はスーパーキャパシターから供給されるが理由はスーパーキャパシターのほうが乾電池より、より高いエネルギー密度を持っているからである。トランスあるいは電子コンポーネントが必要になるが、理由は乾電池からスーパーキャパシターが受けるエ��ルギーが乾電池単体の出力より、増幅されてしまうのを防ぐ為である。エネルギー増幅は、スーパーキャパシターのほうが乾電池より、より高いエネルギー密度を持っているからである。更にスーパーキャパシターは一次乾電池より低いＥＳＲ（等価直列抵抗）を持ち、負荷装置の需要に応じるため乾電池より先に対応してしまう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】  発明を実施するための形態としては、静電容量０．１Ｆ以上で特定の極性の無い２つの電極を持つ対称型スーパーキャパシターである。当スーパーキャパシターの電極を形成する材料（イオン吸収物質、添加物、集電物質、基質）は極性にかかわらず両極で同様に使用される。よっていずれの電極もそれぞれの充電時に負極、正極のいずれかの機能を果たす。スーパーキャパシターがフル充電されると、その両電極は充電時につなげられた充電元の極性と同一の極性を持つ。すべてのスーパーキャパシターはイオン吸収を経てエネルギーを増幅するが、その時電極全体よりわずかな電極表面を利用するに過ぎないため、スーパーキャパシターに蓄えられたエネルギーは乾電池に比べ格段に低い。スーパーキャパシターは同サイズの乾電池の１／１００または１／５０程度のみのエネルギーを吸収する。スーパーキャパシターのエネルギー密度を高めるため過去に多くの努力がなされた。内容としては、新奇の電極用材料の創造であるとか、スーパーキャパシター用負極および乾電池用正極といった非対称的ハイブリッド電極の組み立て等である。しかしこれらの努力を通じてもスーパーキャパシターの高価格を変えることは出来ない。また、スーパーキャパシターのユニークな特徴を否定することにもなる。特徴とは放電充電の高速性、長寿命、そして逆向き充電である。【００１３】  図２は回路図であるが乾電池（Ｂ），スーパーキャパシター（Ｓ／Ｃ）、負荷装置（Ｌ）が直列につながっている。Ｂは電極の極性が初めから決まっているので長さの異なる並行線で表現しており、長い線は正極、短い線は負極になる。同様にＳ／Ｃは長さの同じ平行線で表現されているのは、極性はあらかじめ決定されていないからである。図では乾電池（Ｂ）が負荷装置への唯一の電源元であり、初期段階ではスーパーキャパシター（Ｓ／Ｃ）にはエネルギーは存在していない。（Ｂ）から（Ｌ）へ電流が流れると、電流は同時に（Ｓ／Ｃ）を通過して（Ｓ／Ｃ）を充電する。（Ｓ／Ｃ）のポテンシャルが電源元より低い限り、（Ｓ／Ｃ）は急速にかつ効率良く（エネルギー変換無しに）電源元のポテンシャルレベルまで充電される。スーパーキャパシター（Ｓ／Ｃ）をフル充電する所要時間は静電容量に依存する。静電容量が大きいほど充電時間は長くなる。同様に（Ｓ／Ｃ）の使用可能時間も静電容量に依存する。（Ｓ／Ｃ）が（Ｂ）の持つポテンシャルまでフル充電されると、（Ｓ／Ｃ）の電極は（Ｂ）の電極と同一の極性を帯びる。図２のとおり（Ｓ／Ｃ）の一本の棒は（Ｂ）の正極につながり充電後は、正極となる。一方、（Ｂ）の負極につながっている（Ｓ／Ｃ）の反対側の電極は充電後には負となる。よって（Ｓ／Ｃ）と（Ｂ）は接続に同じ二つの極を使っていることになる。言い換えると並列つなぎになっていると言える。図での回路では負荷装置（Ｌ）に（Ｂ）から（Ｓ／Ｃ）を通じて電流は流れない。日常で例えば懐中電灯に直列に乾電池を入れるときに間違ってプラスとマイナスを逆につなぐのと同じことである。スーパーキャパシター（Ｓ／Ｃ）と乾電池は直列に入れ直さなければ電球は点灯しない。よって（Ｓ／Ｃ）の極性は負荷に電流を流す為には（Ｂ）と（Ｓ／Ｃ）の接続を直列に変換する必要��ある。そうすれば負荷に送られる電圧は（Ｓ／Ｃ）と（Ｂ）の合計電圧、つまり（Ｂ）の２倍となる。（Ｓ／Ｃ）が（Ｂ）の電圧レベルで充電を受けたからである。極性の方向が問題とならないタングステン電球のような負荷装置の場合、逆に充電された（Ｓ／Ｃ）あるいはＢのどちらでもアベコベに入れても電流は流れる。しかしＬＥＤ灯のような負荷装置は極性の方向が一定でなければならず、逆向き充電されたＳ／Ｃをアベコベに入れなければならない。【００１４】  すべての電気回路がそうであるように（Ｂ）の正電極から流れ出る電流は必ず（Ｂ）の負電極に戻らなければならない。図２で示す通り戻るルートは負荷（Ｌ）から（Ｂ）である。実際は（Ｌ）から（Ｓ／Ｃ）を経由して（Ｂ）に電流は流れる。（Ｓ／Ｃ）が充電後、（Ｓ／Ｃ）の電極は極性を帯び、（Ｓ／Ｃ）の負電極を経由して電流は（Ｂ）に戻る。（Ｓ／Ｃ）の正電極と比べて負電極のポテンシャルの方が低い。（Ｓ／Ｃ）の負電極を経由して電流が戻ってくると負電極および正電極のイオンの吸収が誘発され、（Ｓ／Ｃ）への普通の充電と同様、結果として充電が促進されている。つまり以前の充電サイクルと逆サイドにポテンシャルが増しているのである。よって（Ｓ／Ｃ）は逆向き充電された。この時点で（Ｓ／Ｃ）の両電極は、両電極表面で同時に二つの異なる電荷を持ったことになる。逆向き充電は、（Ｓ／Ｃ）の放電と同調したペースで（Ｓ／Ｃ）の両極に対して負のポテンシャルを徐々に増やしていく。もし（Ｓ／Ｃ）がより早いスピードで放電すると、電圧もより早く降下し、負の電圧も同様のスピードで形成される。最後には（Ｓ／Ｃ）が電極の一方で電荷が流出すると、同じ側の電極のもう片方がフルに再充電されるが、ここで増加したポテンシャルは逆の極性である。再び、（Ｓ／Ｃ）は開回路となり、方向にとらわれない負荷装置を駆動させる場合は（Ｓ／Ｃ）あるいは（Ｂ）の電極の極が逆さまに変換されない限り電流は流れない。（Ｓ／Ｃ）の極性変換が充填されたポテンシャルを正の値に戻す。従って（Ｓ／Ｃ）の極逆転が逆向き充電で蓄積されたエネルギーを利用する唯一の方法であり、（Ｓ／Ｃ）の逆向き充電は放電過程の間のみ存在するといえる。【００１５】  現実上、逆向き充電は対称型スーパーキャパシターの中でのエネルギーが自由に蓄積される自動的な過程である。“対称的”とは両極とも同一の材料で製造されるため、このように称する。エネルギーは（Ｌ）から（Ｂ）に戻る電流から採ることができるが、（Ｓ／Ｃ）を逆向き充電するために敢えて特別に充電する電流を用意する必要はない。スーパーキャパシターを自発的にエネルギー再充電するにあたり複雑な回路も高価な変換機も必要としない。ただし、自動的にエネルギーを再回収するためスーパーキャパシターの極性転換をつかさどる変換コントローラーは必要である。乾電池や一般的ないわゆる非対称（２極に同一の製造材料を使わない）スーパーキャパシターには逆向き充電は適用されない。  加えて、直列つなぎのスーパーキャパシターをパックとして使う場合、逆向き充電はパックの品質信頼性に悪い影響を与えかねない。負荷装置から戻る電流がスーパーキャパシターパックに逆流する場合、逆向き充電がパック内の個々のス��パーキャパシター単位間の電圧レベルに相異を起こしかねない。すると非均一の電圧分布がスーパーキャパシターパックの前向きの充電で存在する。前向きの充電中、不十分に逆充電された（Ｓ／Ｃ）が過充電になり、その特定のスーパーキャパシターが不良となりパック全体の足を引っ張る。
図３は発明の最良の形態であるエネルギー回収のフロー図である。
ステップ１：  最低一個の使い捨て乾電池とキャパシタンス０．１Ｆの対称型スーパーキャパシター一個。
ステップ２：  使い捨て乾電池と対称型スーパーキャパシターと極性変換を行うコントロール回路を直列につなぐ。
ステップ３：  電源から繰り返し逆充電によりスーパーキャパシターにエネルギーを送る。
ステップ４：  負荷装置を駆動させるためコントロール回路によりスーパーキャパシターの極性を変換する。
ここで変換回路は対称型スーパーキャパシターの２つの電極の極性を変換し、電極は充電されるまでは正／負のいずれの極性も保持しない。極性変換を行うコントロール回路はスーパーキャパシターの極性を変換するが、スーパーキャパシターの前向きの放電ポテンシャルと逆向き充電ポテンシャルの絶対差に基づく。絶対ポテンシャル差分が０．２Ｖかそれ以上のときは、スーパーキャパシターの極性は転換し負荷装置に対して継続的に送電が出来る。極性転換を繰りかえす事によりスーパーキャパシターは使い捨て乾電池に対する昇圧ポンプの機能を行い、スーパーキャパシター無しの組み合わせより効率的エネルギー利用となる。
極性の自動転換にはコントロール回路が必要だが構成は電圧センサをベースにした自動式スイッチング回路、マイコン、ｏｎ−ｏｆｆトランジスタースイッチ、リレーである。
図４は逆充電が十分なエネルギー蓄積を終了したときの前述の極性の変換を行う回路を示している。図４でスーパーキャパシターはＳ−ＣＡＰで示し、すでに充電を終え、縦の直線が負極で縦の曲線が正極を表わす。一方、乾電池はＥＴＨで示し図２の乾電池と同様に２本の長さの異なる平行線で表わす。Ｓ−ＣＡＰとＥＴＨはＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲでモニターされるが、そのためのバスはＣ１／Ｃ２とＢ１／Ｂ２である。極性自動転換コントローラーの構成は電圧センサ、電圧比較器、コントロールロジック回路とスイッチドライバーを含む電子デバイス又は基盤である。Ｓ−ＣＡＰがフル充電時、次の電流フローでＥＴＨに対して直列で放電を行う。
ＥＴＨ→Ｌ→Ｓ２ａ→Ｓ２→Ｓ−ＣＡＰ→Ｓ１→Ｓ１ａ→ＥＴＨである。
一回りして戻った電流はＬからスタートしＳ−ＣＡＰの負極を通りＥＴＨに行く。ＬからＳ−ＣＡＰ経由でＥＴＨへ戻るとスーパーキャパシターはＳ−ＣＡＰの放電とともに逆向きに充電される。放電電圧と逆向き充電電圧の電圧絶対差が予め設定されたレベル、例えば０．２ＶになるとＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲはＴｒ（ＦＥＴ、電界効果トランジスタ）をオンにし、リレーＲＥＬ１がオンになる。リレーは両極単投の電磁スイッチでＶＣＣから電力を受け、Ｓ−ＣＡＰの電極接続をＳ１ａ／Ｓ２ａからＳ１ｂ／Ｓ２ｂへ変換する。放電フローは：
ＥＴＨ→Ｌ→Ｓ１ｂ→Ｓ１→Ｓ→ＣＡＰ→Ｓ２→Ｓ２ｂ→ＥＴＨである。
フル充電の電流フローとこの放電フローを比べると、極性変換後の放電電流フローではＳ−ＣＡＰの電極を通じて、以前と反対の向きに流れている。放電電圧が負荷Ｌの円滑な駆動を維持する限り、極性変換は、前向き放電と逆充電間の他のポテンシャルの差異点（複数）で実際に発動される。スーパーキャパシターの極性変換を誘発および制御される要因に時間のズレを利用できる。更にもし負荷Ｌが電球のような非極性の部品の場合は極性に関わらず接続しても、逆充電からのＳ−ＣＡＰの蓄積したエネルギーを利用するため、極性変換が電池ＥＴＨに適用できる。図４のような変換用回路をスーパーキャパシター本体内に組み込み、より高出力、より長時間の一次電池との組み合わせとして応用が広がる。変換回路とスーパーキャパシターは予め様々な応用に実装として組み込み、それにより応用製品は、より少ない乾電池の数で、それまでの乾電池の無駄づかいと多い環境に宜しくない従来の使い方を改善することが出来る。本発明の前に特許公開されたＵＳ７，０８５，１２３は極接続の変換についてであるが、本発明のスマートスーパーキャパシターは乾電池、特に一次電池のエネルギーの継続的回収用に考案された。【００１６】  当発明は負荷水平をさらに一歩進め、エネルギー回収をも可能にし、一次電池のエネルギー効率を改善した。二つの乾電池が直列で放電するときの放電電圧は二つの電池の電圧の和である。しかし放電電流もいずれの乾電池（この二つは同じ性能であると仮定する）の電流出力と同じ大きさである。よって一つの電池が１．５Ｖから０．８Ｖへ放電すると、二つの直列つなぎの電池の総和電圧１．６Ｖは負荷装置を稼動するに十分かもしれないが大半の場合、電圧は既に低過ぎる。一方、もしスーパーキャパシターが乾電池と直列につながっていて放電した場合、この組み合わせは二つの乾電池の直列組み合わせより大きな出力を持つ。一次乾電池が電池切れのカットオフレベルでも０．８Ｖの電圧が残っているが、スーパーキャパシターと組み合わせた場合はスーパーキャパシターの高エネルギー密度のため多くの負荷装置を稼動されることが出来る。スーパーキャパシターの放電スーパーキャパシタースーパーキャパシターと同時に逆向きに充電を受けている。スーパーキャパシターの電圧が組み合わせ乾電池より低くなると、乾電池の方がスーパーキャパシターを自動的に充電しエネルギー回収が継続的に行われている。充電時間は乾電池に残存しているエネルギーに依存するが、時間が過ぎればスーパーキャパシターは乾電池の電圧レベルまで充電されるのである。そしてスーパーキャパシターは負荷装置に必要な電力を供給する。スーパーキャパシターが放電している間、同時に逆向きに充電を受けていて、スーパーキャパシターの極性変換の繰り返しにより、一次乾電池に蓄えられたエネルギーは乾電池が完全に枯渇するまで回収される。このエネルギー回収は並列つなぎの電池間では起こらないが、電池が隣の電池を充電できないからである。スーパーキャパシターが昇圧ポンプ兼乾電池用エネルギー回収器として機能している。もしスーパーキャパシターの存在と極性変換により一次乾電池のエネルギーの一割でも回収できれば、地球上で廃棄されている数億本の乾電池���節約することが出来る。次に実例としてスーパーキャパシターとスイッチング回路を組み合わせ、エネルギー回収を説明する。【００１７】テスト対象品：
最大出力電流０．５Ａ消費のＤＣモーターを搭載する玩具自動車；モーターは２種類の電源で駆動。
電源Ａ：  ２本の単三アルカリ乾電池を直列につなぐ。
出力はそれぞれ同一で１．５Ｖで２，８５０ｍＡｈ，  ０．１５Ω等価直列抵抗。
電源Ｂ：  上記と同一の単三アルカリ乾電池一本と本発明自家製の
単三型スーパーキャパシター（２．５Ｖ，３Ｆのキャパシタンス、２０ｍΩ等価直列抵抗）。
スーパーキャパシターの極性は、一方の乾電池の放電電圧が０Ｖになると逆の極性になる。
テストの目的はアルカリ乾電池が無くなるまでの２つの電源により駆動されるＤＣモーターの走行時間を計る。テスト結果はテーブル１の通り。
【表１】
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電源Ａの各アルカリ電池の平均電圧は０．７Ｖである。電源Ｂの平均電圧も同様である。しかし、前者は後者の４倍程度の走行時間を記録した。テスト中、電源Ｂのスーパーキャパシターは１．２Ｖから０Ｖまで放電し、一方では−１．２Ｖで逆向き充電を受けた。電源Ｂの放電カーブは平坦であるが、電源の放電カーブは一般的な一次電池の傾きを持っている。従ってスーパーキャパシターの存在と極性変換は一次電池の放電特性と使用時間を著しく改善した。  このデモでは電源は使い捨て乾電池をソースとして使用したが、それ以外にも様々な方法で本発明の恩恵を享受するエネルギー回収器具が製造されるはずであるので、本発明の意義は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一次乾電池の一般的放電カーブ
【図２】本発明のエネルギー回収のための乾電池、スーパーキャパシター、負荷装置を直列につないだ閉回路
【図３】本発明のエネルギー回収のフロー図
【図４】スーパーキャパシターの極性を継続的に変換し、乾電池内部のエネルギーを回収するスイッチ機構のブロック図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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