(57)【要約】【課題】簡単な構造で、目的に応じた電圧が得られる、釣り用の浮きの発光体等の電源として有用な電池構造体を提供する。【解決手段】釣り用浮き１０の先端には発光用ＬＥＤ１２が取りつけられ、ＬＥＤ１２を保持する芯材１６の周囲に、円筒状の銅製陽電極１８ａ、１８ｂと円筒状のマグネシウム合金製陰電極２０ａ、２０ｂとが、綿繊維製吸水性ガーゼ２２ａ、２２ｂを介して配置される。水面上に位置する上側のセル２４と、水中に浸漬される下側のセル２６の間には、上下のセルを隔離し、電気的に絶縁する浮力体２８が配置される。上側のセル２４の陽電極２０ａと下側のセルの陰電極１８ｂ、及び、上側のセル２４の陰電極１８ａと下側のセルの陽電極２０ｂとは、配線３０により接続され、直列構造に接続されて、ＬＥＤ１２に電圧を供給している。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を電解液として発電する陽電極と陰電極とで構成されたセルと、
前記セルが上側及び下側それぞれに取りつけられ、水面上に保持される上側のセルと水中下に浸漬される下側のセルとを電気的に絶縁する浮力体と、
前記上側及び下側のセルを構成する陽電極と陰電極とを接続する配線と、
少なくとも上側のセルにおける陽電極と陰電極との間に位置する吸水性素材と、
を有する電池構造体。
【請求項２】
前記上下に取りつけられたセルの陽電極が銀又は銅、及び、それを主体とする合金又はその金属化合物により形成され、負電極がマグネシウム又はアルミニウム、及び、それを主体とする合金又はその金属化合物により形成されることを特徴とする請求項１に記載の電池構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中に投じることでその過剰の水を電解液として発電する電池構造体に関し、詳細には、海水を電解液として用いる、発光浮きや海難救助信号の発信用電源として好適に用いられる電池構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、海水電池として知られる電池は、原理的には、ボルタ電池である。一般的には、陽電極を構成する物質としては、塩化銀、塩化鉛、塩化銅、ヨウ化銅、過硫酸カリウムなどの化合物を、負電極を構成する物質としては、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛などの金属またはこれらを主体とする合金が用いられ、使用時に海水中に投入し、その水と接触し、それが電解液となって発電を開始する電池で、水分と接触しない状態で保存すれば自己放電が発生しないため、長期間の保存が可能である。
このような電池は、海水中に投入することにより発電を開始するため、例えば、釣り用の浮きを発光させるＬＥＤ（発光ダイオード）の電源や海難救助信号の自動発信機などに有用である。一般に海水電池は、複数のセルを連結してなる構造をとったとしても、電解液が共通であって各セル間が短絡されるため、実質上、並列の構造となり、実用上の要求からさらなる高電圧を得ようとする場合、昇圧のための手段が必要となる。海水電池の昇圧を図る手段としては、例えば、電極同士の直列の構造をとるために各セルを分画する複数の互いに絶縁された容器構造中にセルを配置し、その容器が水中で特定の方向を維持することで隣接するセル間の短絡を防止する方法（例えば、特許文献１など）、セルを構成する電極として大きくイオン化傾向の異なる物質、具体的には、陽電極に炭素を陰電極にマグネシウムを用いる方法（例えば、特許文献２など）が知られている。
しかしながら、前者の方法では容器に複雑な構造を必要とし、しかも、セルを絶縁させるための容器方向の安定な位置の維持が困難であるという問題を有し、また、陽電極に炭素を用いる方法では、炭素は加工が困難であり目的に応じた形状のコンパクトなセルを得難いという問題があり、さらに、金属系材料に比較して非常に高価であるという問題もあった。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１２３８４５
【特許文献２】
特開平７−３０２５９８
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、簡単な構造で、水中に適用することで目的に応じた電圧が得られる、釣り用の浮きの発光体や艱難救助信号の電源として有用な電池構造体を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意検討の結果、二つのセルの分画に、簡易な構造の浮力体を用い、２つのセルをそれぞれ水中下と水面上とに保持することで上記目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
即ち、本発明の電池構造体は、水を電解液として発電する陽電極と陰電極とで構成されたセルと、前記セルが上側及び下側に取りつけられ、上側及び下側のセルを電気的に絶縁する浮力体と、前記上下のセルを構成する陽電極と陰電極とを接続する配線と、少なくとも上側のセルにおける陽電極と陰電極との間に位置する吸水性素材と、を有することを特徴とする。
また、ここで用いられるセルの陽電極素材としては、銀又は銅、及び、その合金又はその金属化合物が、負電極素材としては、マグネシウム又はアルミニウム、及び、その合金又はその金属化合物が好ましいものとして例示され、なかでも、負電極素材としては、加工性に優れたマグネシウム合金が好ましい。
【０００７】
前記本発明の構成によれば、この電池構造体を水中に適用したとき、上側及び下側のセルが浮力体により常に水面上と水中下とに保持されているため、例えば、水面に多少の動きがあったとしても、互いに短絡される可能性は極めて低く、簡単な構造で安定した電気の供給が可能となる。また、少なくとも上側の及び下側のセルにおける電極間に吸水性素材を介在させることで、一時的に電解質である水から分離された状態となっても、吸水性素材に保持された水が電解質として機能するため、電気の安定的な供給を維持することができる。
【０００８】
また、本発明の態様によれば、陰電極は経時的に減少するが、これにより、電池の寿命が外観的に検知し得る。また、陰電極は消耗するものの、陽電極は消耗せず、さらに、電解質はこの構造体が海水中にある限りにおいては無限に存在するため、電池構造体のうち、消耗した陰電極のみを新しいものに取りかえることにより、他の構造をそのまま生かして使用を継続することができ、資源の有効活用に有用であるという利点をも有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体例を挙げて詳細に説明する。
図１（Ａ）は、本発明の電池構造体を用いた釣り用浮き１０の一態様を示す概略斜視図であり、（Ｂ）はその概略断面図である。浮き１０の先端には発光用ＬＥＤ１２が取りつけられている。釣り用浮き１０は先端に発光用ＬＥＤ１２が位置し、他の端部（下端）にバランス用のおもり１４を有し、発光用ＬＥＤ１２の配線を保持する芯材１６の周囲に、円筒状の銅製陽電極１８ａ、１８ｂが内側に、円筒状のマグネシウム合金製陰電極２０ａ、２０ｂが外側になるよう、綿繊維により低密度で織成された吸水性のガーゼ２２ａ、２２ｂを介して配置されている。水面上に位置する上側のセル２４と、水中に位置する下側のセル２６の間には、上下のセル間を隔離し、且つ、セル同士の電気的短絡を絶縁している浮力体２８が配置されている。この浮力体２８とおもり１４との働きにより上側のセル２４は常に水面上に位置し、下側のセル２６は水中に位置するように調整される。本態様では電極などを固定し、この構造体の内部を保護して耐久性を向上させるためのカバー３２が設けられており、カバー３２には海水を電池内部の吸水性織布２２ａ、２２ｂに浸透させたり、余分な水分を蒸発させるための開口部３４が設けられている。
上側のセル２４の陽電極２０ａと下側のセル２６の陰電極１８ｂ、及び、上側のセル２４の陰電極１８ａと下側のセル２６の陽電極２０ｂとは、図１（Ｂ）に概略的に示されるように、配線３０により接続され、直列構造に２つのセルが接続されて、ＬＥＤ１２に電圧を供給している。
【００１０】
本態様では、上下のセル２４、２６は同一の構成であるが、必ずしも同一の構成である必要はない。例えば、上側のセル２４は水面上に位置するため、陽電極２０ａと陰電極１８ａとの間に吸水性素材（本態様においては、吸水性の綿ガーゼ）２２ａが介在することが安定的な起電力のために必要であるが、下側のセル２６は電解液である海水にその全体が接するように位置されるため、水中における陽電極と陰電極が近接して配置される限り、特に吸水性素材の介在を必要としないため、下部セルの形状は本態様とは異なる形状にすることができる。
【００１１】
本発明の海水電池構造体における陽電極と陰電極の素材としては、それぞれのイオン化傾向が異なる物質同士を、公知の電極材料の中から適宜選択すればよい。より具体的には、陽電極素材としては、銀又は銅、及び、その合金或いはその金属化合物が、負電極素材としては、マグネシウム又はアルミニウム、及び、その合金或いはその金属化合物が好ましいものとして例示される。
なお、電極素材としては、加工性、展伸性に優れたものを用いることで、単位体積当たりの電極の表面積を向上させるための薄板化や、薄板化した電極素材を任意の形状にする成形加工を容易に行うことができる。例えば、負電極材料としては、Ｍｇ−Ｌｉ系、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｚｒ系などのマグネシウム合金が、その優れた加工性から特に好ましい。
【００１２】
本態様においては、上側のセルの陽電極と陰電極はいずれも円筒状をなしているが、陽電極と陰電極の形状も任意であり、例えば、板状で吸水性素材を介して積層されていてもよく、それぞれが薄いシート状で両者が吸水性素材を介して積層され、巻き取られた渦巻き状の層構造を有する円筒形をなしていてもよい。
また、下側のセルにおいては、前記したように陽電極と陰電極との間の吸水性素材の介在は必ずしも必要ではないため、単に円筒状の陽電極と陰電極とを所定の間隔で積層してもよく、また、板状の陽電極と陰電極とを所定の間隔で配置したものであっても、渦巻き状に積層したものであってもよい。もちろん、両者の間に吸水性素材を介していてもよい。
【００１３】
浮力体２６の形状や素材は、上側のセルを水面上に位置させ、下側のセルを水中に位置させることができるサイズと浮力を有する限りにおいて任意に選択できる。このときの浮力体の大きさや素材は、セルの形状、サイズ、重量により決定される。即ち、上側のセルが必ず水面上に、水面からある程度隔離されて位置する必要があるため、それを実現し得るサイズと浮力とを有するよう設計される。浮力体２６の素材は、比重の軽い構造材料、例えば、ウレタンフォームに代表される発泡樹脂や木材などで形成されてもよく、樹脂や金属などの中空形成体であってもよい。これらのうち、耐久性や加工性の観点から、発泡樹脂や樹脂製中空体などが好ましい。
【００１４】
吸水性素材は、綿、レーヨンなどの吸水性のある繊維を主成分とする布、不織布、紙、或いは、吸水性繊維や架橋ポリアクリル酸などの如き水不溶性の吸水ポリマーが２枚の透水性シート間に保持されたものなどを用いることができる。発電効率の観点からはこの吸水性素材は保水性に優れた素材が充分な空隙を有しながら低密度で構成されることが好ましく、例えば、ガーゼなどの低密度の織物やガーゼ状の長繊維乾式不織布などが好適に用いられる。
陽電極と陰電極とを接続する配線は、電解質である海水と絶縁されている構造をとる限りにおいて一般に汎用される配線材を用いればよい。
【００１５】
図１（Ａ）に示すような釣り用浮き１０は、海水中に投入されると一旦海水中に没し、その後、浮力体２８の機能により上側のセル２４が海面上に位置され、海水中に没した際に吸水性素材２２ａが水分を吸収、保持し、また、海水中に位置する下側のセル２６も海水を電解質として起電し、上側のセル２４と下側のセル２６とが直列に接続されたこの海水電池から水面上に位置するＬＥＤに電気が供給され、発光する。
ここでは、電解液として海水を用いているが、これに限定されず、水道水や河川の水など、イオンの移動が可能な水、即ち、発電が可能となる程度の電解質を含有する水であれば、溶媒として淡水を用いた場合でも、これを電解液として発電することができる。このため、本発明の電池構造体は、発電が可能な過剰の水中に投入することで本発明の効果を得ることができる。
【００１６】
本態様において、上下のセルにおける陽電極、陰電極を固定する枠を浮力体の上下に設け、その固定枠により各電極を着脱自在にすれば、先に述べたように、陰電極のみが消耗して発電が停止した場合、陰電極のみを新しいものに交換することで容易に再利用が可能となり、好ましい。
また、本態様においては、電極の保護、固定にカバー３２が用いられているが、電極の固定方法はこれに限定されるものではない。
【００１７】
図２は、本発明の海水電池構造体を用いた釣り用浮き３６の別の態様を示す概略斜視図である。本態様においては、上部セルの吸水性素材２２ａに継続的に電解液である海水を供給するための吸水性の導水構造が備えられ、全体が保護カバー３８で被覆されている。この導水構造は吸水性素材２２ａが浮力体２８の内部に設けられた誘導路内を経て、下方からさらに外周方向へと延長されたものであり、その延長端部が浮力体２８の外周端部に達している。浮力体２８の誘導路はその外周端部の開口部が水面近傍となるように設けられており、この開口部において、吸水性素材２２ａの延長端部が海水に接触して上部セル内に存在する吸水性素材２２ａの上部方向へと海水が継続的に供給される。このとき、導水構造、即ち浮力体２８中の誘導路を介して延長された吸水性素材２２ａによる導電と、上下のセルを接続する配線とでは、導電性が全く異なるため、電気は抵抗の極めて低い配線を選択的に流れることになり、この導水構造により上下のセルが短絡される懸念はない。
また、ここで用いられる保護カバーには、前記図１と同様の水分蒸発などを目的とする表面及び底面の開口部３４に加え、誘導路の浮力体２８外周の開口部に隣接して海水が通過可能な開口部４０が設けられている。
【００１８】
以上述べたように、本発明の海水電池構造体は簡易な構成でセル間を直列に接続することができ、ＬＥＤの発光や救助信号の発信に充分な電力を供給することができるため、その用途は広い。
【００１９】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。
（実施例１）
前記図１に示す如き釣り用浮き１０を、陽電極１８ａ、１８ｂとして銅を、陰電極２０ａ、２０ｂとしてＭｇ−Ｌｉ系合金を用い、両者の間に吸水性素材２２ａ、２２ｂとして綿ガーゼを介在させ、浮力体２８としてポリウレタンフォームを用いて作成し、外部に電極固定用のプラスチック製のカバー３２を取りつけた。この浮きを海水中に投入したところ、釣り用浮き１０全体が海中に一旦水没した後、数秒で、上部セル２４が海水面上に安定的に位置され、先端に配置されたＬＥＤ１２が発光した。このときの起電力を測定したところ、約３．０Ｖであり、ＬＥＤ１２の発光に必要な電力が確保できていることがわかった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の電池構造体によれば、簡単な構造で、水中に投入することで目的に応じた電圧が得られ、釣り用浮きの発光体や艱難救助信号の電源として有用であるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、本発明の電池構造体を用いた釣り用浮きの一態様を示す概略斜視図であり、（Ｂ）はその概略断面図である。
【図２】（Ａ）は、導水構造を設けた釣り用浮きの一態様を示す概略斜視図であり、（Ｂ）はその概略断面図である。
【符号の説明】
１０    釣り用浮き
１２    発光用ＬＥＤ
１８ａ、１８ｂ    銅製陽電極（陽電極）
２０ａ、２０ｂ    マグネシウム合金製陰電極（陰電極）
２２ａ、２２ｂ    綿繊維製の吸水性ガーゼ（吸水性素材）
２４    水面上に保持される上側のセル
２６    水中に浸漬される下側のセル
２８    上下のセルを絶縁する浮力体
３０    配線
【図１】
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【図２】
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