(57)【要約】  総重量の８８．０〜９７．７重量％が、マグネシウム、アルミニウム、ナトリウム及び鉄で構成され、総重量の１．７〜８．５重量％が、カルシウム、銅及びリチウムで構成され、総重量の０．６〜３．５重量％がニッケル、チタン、タングステン、及びビスマスからなる群から選ばれる少なくとも３種類以上の金属で構成されることを特徴とする、水発電用合金、及び前記合金を用いた発電装置を提供する。これによって、水と接触することにより、長時間の発電が可能な小型の発電装置を製造することができる。
2007116872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
総重量の８８．０〜９７．７重量％が、マグネシウム、アルミニウム、ナトリウム及び鉄で構成され、総重量の１．７〜８．５重量％が、カルシウム、銅、リチウム、及びビスマスからなる群から選ばれる少なくとも３種類以上の元素で構成され、総重量の０．６〜３．５重量％がニッケル、チタン及びタングステンで構成される、ことを特徴とする水発電用合金。
【請求項２】
５９．０〜８６．０重量％のマグネシウムと、１０．５〜１５．５重量％のアルミニウムと、０．２〜１０．０重量％の金属ナトリウムと、０．２〜３．０重量％のリチウムと、０．３〜１．６重量％のニッケルと、０．２〜１．３重量％のチタンと、０．１〜０．６重量％のタングステンと、１．０〜３．５重量％の鉄と、１．０〜３．５重量％のカルシウムと、０．５〜２．０重量％の銅とを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の水発電用合金。
【請求項３】
請求項１に記載の合金で作製した負極部材と；正極充填材と；前記負極部材と前記正極充填材とを隔離する吸水性のセパレータと;前記正極充填材において発生した電荷を集める集電体と；少なくとも一面が前記セパレータの一部で構成されている発電用の水を適宜注入するための水室と；を備えることを特徴とする水発電装置。
【請求項４】
前記負極部材は、前記正極部材を充填するための円柱状又は多角形状の外筒である、ことを特徴とする請求項３に記載の水発電装置。
【請求項５】
前記負極部材は、絶縁材料で構成された円柱状又は多角形状の外筒中に充填された前記正極充填材中に配置される板状、棒状、筒状及び多角柱状からなる群から選ばれる形状の部材である、ことを特徴とする請求項３に記載の水発電装置。
【請求項６】
前記正極充填材は、アンモニウムイオンとフッ素イオンとを含有するｐＨ８〜１１の３５〜５０℃の処理液で浸漬処理し、乾燥した活性炭である、ことを特徴とする請求項３に記載の水発電装置。
【請求項７】
前記正極充填材は、所定量のリンゴ酸、レモン酸及びクエン酸からなる群から選ばれる１種類の酸、所定量の銅粉及び二酸化マンガン、並びに所定量の塩化カルシウム又は塩化ナトリウムを含有する活性炭である、ことを特徴とする請求項３に記載の水発電装置。
【請求項８】
負極部材の断面と同じ形状と大きさとを有し、かつ保湿性を備える、前記正極充填材を隔てるための隔壁用部材をさらに備える、ことを特徴とする請求項３に記載の水発電装置。
【請求項９】
前記セパレータは、２〜１０μｍの厚みを有する、吸水性のシート状部材である、ことを特徴とする請求項８に記載の水発電装置。
【請求項１０】
前記セパレータは、その乾燥重量の１００〜２００倍の吸水能を有する紙、布帛、不織布及びこれらを積層して形成されるシート状素材からなる群から選ばれるいずれかのものである、ことを特徴とする請求項９に記載の水発電装置。
【請求項１１】
前記セパレータは、前記負極端子側で折り曲げられて、前記正極充填材料を包む底面を形成し、前記底面と開口部を有する水室形成用の環状部材との間に水室を形成するか、又は前記負極部材を被覆するシート状部材と前記正極材料を包む底面を形成するシート状部材とによって構成され、前記底面を介して前記正極部材が水と持続的に接触する水室を形成する、ことを特徴とする請求項３に記載の水発電装置。
【請求項１２】
前記集電体は炭素棒である、ことを特徴とする請求項３に記載の水発電装置。
【請求項１３】
請求項１又は２に記載の合金を負極部材とし、アンモニウムイオンを含有するｐＨ８〜１１の３５〜５０℃の処理液で浸漬処理し、乾燥した後、フッ素水素酸で処理し、乾燥した活性炭を正極充填材料とし、前記負極部材と前記正極充填材料とを吸水性のセパレータで隔離し、前記セパレータに吸水させて、前記正極充填材料を水と持続的に接触させることによって電位差を発生させる、ことを特徴とする水発電方法。
【請求項１４】
請求項１又は２に記載の合金を負極部材とし、所定量のリンゴ酸、レモン酸及びクエン酸からなる群から選ばれる少なくとも１種類の酸、所定量の銅粉及び二酸化マンガン、並びに所定量の塩化カルシウム又は塩化ナトリウムを含有する活性炭を正極充填材料とし、前記負極部材と前記正極充填材料とを吸水性のセパレータで隔離し、前記セパレータに吸水させて、前記正極充填材料を水と持続的に接触させることによって電位差を発生させる、ことを特徴とする水発電方法。
【請求項１５】
前記セパレータは、前記負極部材を被覆し、その一方の側で折り曲げられて、前記正極充填材料を包む底面を形成するか、又は前記負極部材を被覆するシート状部材及び前記正極材料を包む底面を形成するシート状部材とから構成され、前記底面を介して前記正極部材が水と持続的に接触する、ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の水発電方法。
【請求項１６】
前記正極充填材中には、前記負極部材の断面と同じ形状と大きさとを有し、かつ保湿性を備える隔壁用部材が設けられている、ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の水発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水発電用合金、前記水発電用合金を用いた装置、及び前記水発電用合金を用いた水発電方法に関する。より詳細には、所定の組成を有する合金、前記合金を水と接触させることによって電力を発生させるための水発電装置、及び前記合金と水とを接触させて発電を行う水発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、乾電池としては、トランジスタラジオの普及に伴い、ポータブルラジオ用に使用されてきたマンガン電池の放電性能、耐漏液性能等の高性能化が求められ、高性能マンガン乾電池、アルカリマンガン乾電池等が開発された。また、クォーツ腕時計やゲーム関連商品に使用されていた酸化銀電池についても改良が進められ、アルカリボタン電池やリチウム一次電池が開発された。【０００３】
一方、丈夫で長時間放置しても性能低下が少なく、負荷特性に優れるニカド電池やニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池が開発され、電動工具やコードレス電話に使用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの電池は、小電力でラジオ、腕時計、電卓その他の小型電子機器等の用途で使用する上では、優れたものである。
しかし、これらの放電電圧は最も高いリチウムイオン電池で３．７Ｖであり、使用できる機械・器具はある程度限定されている。また、充電して繰り返し使用できるとはいえ、全く送電設備のない僻地や送電設備が破壊された被災地等では、必要とされる機器類を稼動させるには不十分である。【０００５】
さらに、使用済となると重金属が含有されているために他のごみとは別に回収することが必要であり、十分な回収体制がないと環境面で問題が生じるといわれている。
また、電子機器の高機能化と小型化とが進んだことに伴い、電池や小型の発電装置に対する要請が大きくなっている。【０００６】
また、近年、発生が続いている大地震、これに伴う津波等の被災地では、送電設備が破壊されていることが多く、被災者が被害情報や救援情報を入手することが難しい。ポータブルラジオが手元にあったとしても、電池の寿命を考えると常時つけておくことはできず、また、充電式のものであっても、送電設備が破壊されていれば、充電することができないため、状況は変わらない。
こうした場合に、長時間使用することができる発電装置があれば、被災者が適宜、被害情報や救援情報を入手することができ、二次災害を防ぐことができる。
したがって、防災の面からも、小型の発電装置に対する要請は強い。【０００７】
また、携帯電話についても、機種によっては電源をオフにしていても電池残量が減少するため、しばしば充電しなければならず、より容量の大きな電池の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の発明者は、以上のような状況の下で鋭意研究を進め、所定の成分を含有する合金を開発し、この合金を水と反応させることによって高い放電電圧が得られることを見出し、本発明を完成したものである。本発明は、水と接触することによって長時間の発電が可能な合金、その合金を使用した小型の発電装置及び発電方法を提供することを目的とする。【０００９】
すなわち、本発明は、総重量の８８．０〜９７．７重量％が、マグネシウム、アルミニウム、ナトリウム及び鉄で構成され、総重量の１．７〜８．５重量％が、カルシウム、銅及びリチウムで構成され、総重量の０．６〜３．５重量％がニッケル、チタン、タングステン、及びビスマスからなる群から選ばれる少なくとも３種類以上の金属で構成されることを特徴とする、水発電用合金である。【００１０】
ここで、上記合金は、５９．０〜８６．０重量％のマグネシウムと、１０．５〜１５．５重量％のアルミニウムと、０．２〜１０．０重量％の金属ナトリウムと、０．２〜３．０重量％のリチウムと、０．３〜１．６重量％のニッケルと、０．２〜１．３重量％のチタンと、０．１〜０．６重量％のタングステンと、１．０〜３．５重量％の鉄と、１．０〜３．５重量％のカルシウムと、０．５〜２．０重量％の銅と、を含むものであることが好ましい。【００１１】
また、本発明は、上記の合金で作製した負極部材と；正極充填材と；前記負極部材と前記正極充填材とを隔離する吸水性のセパレータと;前記正極充填材において発生した電荷を集める集電体と；少なくとも一面が前記セパレータの一部で構成されている発電用の水を適宜注入するための水室と、を備える水発電装置である。【００１２】
ここで、前記負極部材は、前記正極部材を充填するための円柱状又は多角形状の外筒であることが好ましい。本発明の発電装置においては、外筒の深さは特に限定されず、機器類の大きさや必要な電力に応じて、自由に大きさを変えることができる。【００１３】
また、前記負極部材は、絶縁材料で構成された円柱状又は多角形状の外筒中に充填された前記正極充填材中に配置される板状、棒状、筒状及び多角柱状からなる群から選ばれる形状の部材であることが好ましい。前記負極部材は、上記のように外筒を構成するものとして使用することもでき、外筒を別の絶縁部材で構成した上で、単なる負極部材として構成することもできる。また、この場合には、配置する負極部材の数を適宜変更することもできる。【００１４】
さらに、前記セパレータは、２〜１０μｍの厚みを有する、吸水性のシート状部材であることが好ましい。前記セパレータを、その乾燥重量の１００〜２００倍の吸水能を有する紙、布帛及びこれらを積層して形成されるシート状素材とする構成をとると、発電に必要な水が長期間にわたって保持され、発電を続けることが可能となる。【００１５】
また、前記セパレータは、前記負極端子側で折り曲げられて、前記正極充填材料を包む底面を形成し、前記底面と開口部を有する水室形成用の環状部材との間に水室を形成するものとすることができる。または、前記負極部材を被覆するシート状部材及び前記正極材料を包む底面を形成するシート状部材とから構成され、前記底面を介して前記正極部材が水と持続的に接触する水室を形成するものであることが好ましい。また、前記集電体は炭素棒であることが好ましい。【００１６】
本発明の水発電装置で使用する正極充填材は、アンモニウムイオンを含有するｐＨ８〜１１の３５〜５０℃の処理液で浸漬処理し、乾燥した後、フッ素水素酸で処理し、乾燥した活性炭であることが好ましい。また、所定量のリンゴ酸、レモン酸及びクエン酸からんある群から選ばれる少なくとも１種類の酸、所定量の銅粉及び二酸化マンガン、並びに所定量の塩化カルシウム又は塩化ナトリウムを含有する、活性炭、フラーレン、カーボンナノチューブからなる群から選ばれるいずれかのものであることが好ましい。【００１７】
また、ここで、前記正極充填材は、所定量のリンゴ酸、レモン酸及びクエン酸からなる群から選ばれる１種類の酸、所定量の銅粉及び二酸化マンガン、並びに所定量の塩化カルシウム又は塩化ナトリウムを含有し、かつスポンジ状に成形された活性炭、フラーレン、カーボンナノチューブからなる群から選ばれるいずれかのものであることが好ましい。【００１８】
本発明はさらにまた、上記の合金を負極部材とし、アンモニウムイオンを含有するｐＨ８〜１１の３５〜５０℃の処理液で浸漬処理し、乾燥した後、フッ素水素酸で処理し、乾燥した活性炭、フラーレン、カーボンナノチューブからなる群から選ばれるいずれかのものを正極充填材料とし、前記負極部材と前記正極充填材料とを吸水性のセパレータで隔離し、前記セパレータに吸水させて、前記正極充填材料を水と持続的に接触させることによって電位差を発生させる、水発電方法である。【００１９】
前記正極充填材は、負極部材の断面と同じ形状と大きさとを有し、かつ保湿性を備えるシート状部材で隔てられていることが好ましい。こうしたシート状部材としては、洋紙、和紙その他の紙、天然又は合成の高分子樹脂からなる不織布等を挙げることができ、前記セパレータと同じ素材を使用することが好ましい。
このような構成とすることによって、前記正極部材中への水の拡散が均一となり、高い電位差を得ることが可能となる。【００２０】
本発明はまた、上記のようしにして製造した合金を負極部材とし、所定量のリンゴ酸、レモン酸及びクエン酸からなる群から選ばれる少なくとも１種類の酸、所定量の銅粉及び二酸化マンガン、並びに所定量の塩化カルシウム又は塩化ナトリウムを含有する活性炭、フラーレン、カーボンナノチューブからなる群から選ばれるいずれかのものを正極充填材料とし、前記負極部材と前記正極充填材料とを吸水性のセパレータで隔離し、前記セパレータに吸水させて、前記正極充填材料を水と持続的に接触させることによって電位差を発生させる、水発電方法である。
上記のような水発電方法を採用することによって、所望の電位差を長時間にわたって得ることが可能となる。【００２１】
また、本発明は、上述したように製造した合金を負極部材とし、上述した所定の酸、所定量の銅粉及び二酸化マンガン、並びに所定量の塩を含有し、スポンジ状に成形された活性炭、フラーレン、カーボンナノチューブからなる群から選ばれるいずれかのものを正極充填材料として使用することもできる。【００２２】
ここで、前記セパレータは、前記負極部材を被覆し、その一方の側で折り曲げられて、前記正極充填材料を包む底面を形成するか、又は前記負極部材を被覆するシート状部材及び前記正極材料を包む底面を形成するシート状部材とから構成され、前記底面を介して前記正極部材が水と持続的に接触する、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の発電用合金によれば、水と接触させるだけで電位差を発生させることができるという効果を奏する。
また、本発明の発電用合金を負極部材として使用し、上記のように処理して製造した正極充填材を使用する水発電装置によれば、長時間にわたって大きな電位差を安定して発生させることができ、電子機器等を稼動させることができる。
さらに、本発明の水発電方法によれば、長時間にわたって大きな電位差を安定して発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る発電装置の断面図を示す図である。
【図２】本発明の発電装置の製造工程を示す図（その１）である。
【図３Ａ】本発明の発電装置の製造工程を示す図（その２）である。
【図３Ｂ】本発明の発電装置の製造工程を示す図（その３）である。
【図４】本発明の発電装置の製造工程を示す図（その４）である。
【図５】本発明の発電装置の製造工程を示す図（その５）である。
【図６】本発明の発電装置の製造工程を示す図（その６）である。
【図７】本発明の発電装置の製造工程を示す図（その７）である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る発電装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の水発電用合金の実施形態を、説明する。
本発明の水発電用合金は、上述したように、総重量の８８．０〜９７．７重量％が、マグネシウム、アルミニウム、ナトリウム及び鉄で構成され、総重量の１．７〜８．５重量％が、カルシウム、銅、リチウム、及びビスマスからなる軍から選ばれる少なくとも３種以上の元素で構成され、総重量の０．６〜３．５重量％がニッケル、チタン、及びタングステンで構成されるものである。
上記の合金を構成する元素の組成比が、上述の数値の範囲外である場合には、発生する電位差が不十分となることによる。【００２６】
また、マグネシウム、アルミニウム、ナトリウム及び鉄の組成比は、５９．０〜８６．０重量％のマグネシウムと、１０．５〜１５．５重量％のアルミニウムと、０．２〜１０．０重量％の金属ナトリウムと、１．０〜３．５重量％の鉄であることが好ましい。【００２７】
また、０．２〜３．０重量％のリチウムと、０．３〜１．６重量％のニッケルと、０．２〜１．３重量％のチタンと、０．１〜０．６重量％のタングステンと、１．０〜３．５重量％のカルシウムと、０．５〜２．０重量％の銅とを含むものであることが好ましい。
ここで、カルシウム、銅、リチウム、及びビスマスからなる群から選ばれる少なくとも３種類以上の組合せとしては、発生する電荷が大きいことから、カルシウム、銅及びリチウムという組合せを、好適に使用することができる。【００２８】
上述した本発明の合金は、以下のようにして製造することができる。
最初に、１００ｇの合金を製造する場合を例に挙げて説明する。まず、上述した各元素をそれぞれの含有量となるように秤量し、容器中にて混合する。ついで、この混合物を約１，２００〜１，８００℃にて１０分〜３０分間加熱し、溶融して合金とする。【００２９】
得られた合金を、常法に従って押し出し成型により成型し、内径約６〜１１ｍｍ、外径約１０〜１４ｍｍ、肉厚約０．８〜約１．４ｍｍの管状部材とする。ついで、この管を所望の長さに切断して、例えば、単４電池と同様の大きさの円筒状の外筒（φ１０．３ｍｍ×４４．１ｍｍ）を製造し、負極部材とする。【００３０】
なお、この合金は、上記のように管状部材としてもよく、肉厚約０．８〜約１．４ｍｍの板状部材や、直径約１〜３ｍｍの線状部材としてもよい。上記の金属やそれ以外の金属で外筒を製造したときに、例えば、板状部材とした上記の合金を所望の幅と長さを有する短冊状部材に切断し、これを負極部材として使用することもできる。また、線状部材とした上記合金を所望の長さに切断し、負極部材として使用することもできる。この場合には、負極部材の数は特に限定されず、必要に応じて増減させることができる。【００３１】
次に、本発明の水発電用合金を使用した水発電装置の一実施形態について、図１〜図７を参照しつつ説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係る発電装置１０の構成がＸＺ断面図にて示されている。図１に記載の発電装置は、（ａ）上述した合金で作製した管状の負極部材８と、（ｂ）後述するアルカリ性の溶液で浸漬処理した正極充填材（活性炭）１２と、（ｃ）負極部材８と正極充填材１２とを隔離する吸水性のセパレータ６と、（ｄ）正極充填材１２において発生した電荷を集める集電体４と、（ｅ）少なくとも一面がセパレータ６の一部で構成されている発電用の水を適宜注入するための水室２０と、を備えている。【００３２】
ここで、管状の負極部材８は、上述のように、肉厚約０．６〜約１．４ｍｍの管状部材とすることができる。この負極部材８は、本実施形態では単４の乾電池と同じ大きさの円筒としている。【００３３】
また、集電体４としては、例えば、直径が１．２〜１．５ｍｍの市販の炭素棒を使用することができる。具体的には、第一カーボン（製）の乾電池用炭素棒等を使用することができる。なお、集電体としては、炭素棒の他、ステンレス棒、エボナイト棒等も使用することができる。【００３４】
また、セパレータ６は、上述のようにして製造される外筒の内壁に沿って配置される。セパレータ６は、約２〜１０μｍの厚みを有する吸水性のシート状部材であることが好ましく、約４μｍの厚みを有するものであることが、さらに好ましい。【００３５】
また、上記のセパレータ６は、その乾燥重量の１００〜２００倍の吸水能を有する紙、布帛、不織布及びこれらを積層して形成されるシート状素材からなる群から選ばれるいずれかのものであることが好ましい。上記の紙、布帛及び不織布は、和紙その他の天然素材を用いて製造されたものであってもよく、ポリエステルその他の合成高分子を用いて製造されたものであってもよい。【００３６】
これらを積層して形成されるシート状素材は、和紙その他の天然素材を用いて製造されたもの同士、又は成高分子を用いて製造されたもの同士を積層したものであってもよく、天然素材を用いて製造されたものと合成高分子を用いて製造されたものとを積層して形成されたものであってもよい。
上述した厚みと吸水能を有する紙、布帛及び不織布並びにこれらを積層して形成されるシート状素材を使用することが、上述した合金に錆を発生させることなく水との接触を維持する上で好ましい。【００３７】
こうした紙、布帛、不織布及びこれらを積層して形成されるシート状素材としては、例えば、コウゾやミツマタを原料とする和紙、炭素繊維、シルク等の他、三菱製紙（株）製のダイヤスパンレース、東洋紡（株）のランシール（登録商標）Ｆ、ワットマン株式会社製の厚手のろ紙等を使用することができる。【００３８】
本発電装置１０で使用する正極充填材には、活性炭を処理したものを使用する。活性炭は、市販されている２００〜３００メッシュのものを購入してもよく、アルカリ性の液体で浸漬処理するか、後述する他の成分と所定の割合で混合して調製する。
具体的には、アンモニウムイオンとフッ素イオンとを含有するｐＨ８〜１１の溶液を調製し、この溶液を３５〜５０℃として、その中に上記の活性炭を約１５〜６０分浸漬し、その後引き上げて自然乾燥させる。これを正極充填材Ａとする。【００３９】
またこの正極充填材は、所定量のリンゴ酸、レモン酸及びクエン酸からなる群から選ばれる少なくとも１種類の酸、所定量の銅粉及び二酸化マンガン、並びに所定量の塩化カルシウム又は塩化ナトリウムを、活性炭と均一になるように混合することによって調製することもできる。
具体的には、まず、活性炭の１／６０〜１／１０量（ｖ/ｖ）のリンゴ酸、レモン酸及びクエン酸からなる群から選ばれる少なくとも１種類の酸と、活性炭とを混合して攪拌する。ついで、この混合物に、１／２００〜１／２０量（ｗ/ｗ）の二酸化マンガン、１／５０〜１／１０量（ｗ/ｗ）の塩化カルシウム又は塩化ナトリウムを加えて均一になるように攪拌し、これを正極充填材Ｂとする。
以上のようにして処理、調整した活性炭を、正極充填材として使用する。なお、竹炭から製造した活性炭を使用すると、発電効果が高い。【００４０】
なお、正極充填材として、（１）スポンジ状の炭素シート（ＰＥＲＭＡ−ＦＯＩＬ（登録商標），東洋炭素（株））に、その重量の１／６０〜１／１０（ｖ/ｖ）のリンゴ酸、レモン酸及びクエン酸からなる群から選ばれる少なくとも１種類の酸と、１／２００〜１／２０量（ｗ/ｗ）の二酸化マンガン、１／５０〜１／１０量（ｗ/ｗ）の塩化カルシウム又は塩化ナトリウムを均一になるように混合した混合物を付着させたもの、及び銅製のネット（網状部材）を正極充填材Ｃとして使用することもできる。【００４１】
前記正極充填材を負極部材に充填する際に、負極部材の断面と同じ形状と大きさとを有し、かつ保湿性を備えるシート状部材である隔壁用部材で隔てるような構成とすることもできる。
こうしたシート状部材には、例えば、洋紙、和紙その他の紙、天然又は合成の高分子樹脂からなる不織布、上述したセパレータとして使用されるシート状素材等を使用することができる。【００４２】
これらのうち、保湿性の高さ及び製造コストの面から、前記セパレータと同じ素材を好適に使用することができる。
そして、このような構成とすることによって、前記正極部材中へ注入された水は隔壁用部材に一旦保持され、その後、正極充填材中に拡散する。これによって、正極部材中における水の拡散がより均一となり、高い電位差を得ることができるようになる。【００４３】
具体的には、まず、一定量の上述した正極充填材を負極部材中に充填する。その上に前記のような形状と大きさとを有する隔壁用部材を載せ、さらに前記正極部材を充填する。隔壁用部材は、１枚だけとしてもよく、２枚以上を適宜使用してもよい。【００４４】
水室２０は、管状の負極部材８の内壁と、後述するセパレータ６が正極充填材１２を包むように折り曲げられた面と、絶縁部材１４（パッキング）とで構成されている。この水室２０には、後述する開口部から注入された水が溜められるようになっている。【００４５】
前記発電装置は、さらに、（ｆ）正極部２ａと絶縁部２ｂとから構成される正極端子２と、（ｇ）開口部を有する絶縁部材１４と、（ｈ）正極端子と反対側に取り付けられる、開口部を有し、かつ負極部材８と電気的に導通している負極端子１６とを備えている。【００４６】
絶縁部材１４は開口部を有し、この開口部からシリンジ等を用いて水を注入すると、注入された水はこの水室２０に入り、上記底面を形成するセパレータ６を介して正極充填材１２に接触する。そして、セパレータ６によって吸水されてセパレータ６の全面から前記正極充填材１２と接触し、電荷を発生させることになる。
ここで発生した電荷は、集電体４で集電され、正極端子２を経由して取り出されることになる。【００４７】
この発電装置１０を製造するに際しては、まず、図２に示すように、正極部２ａの凹部に集電体４を取り付け、ここに絶縁部２ｂをセットし、正極端子２と集電体４とを組み合わせる。ついで、これを負極部材８（外筒）の一方の端にはめ込む。【００４８】
次に、図３Ａに示すように、正極端子２の内側に接し、かつ外筒８の内壁と隙間なく接触するように、上述した吸水性のセパレータを配置する。そして、前記セパレータは、図１に示すように、正極部材である活性炭１２を包むように折り曲げられるとともに水室２０の一面を形成することになる。【００４９】
引き続き、上述のように処理した正極充填材１２（活性炭）を、上記の状態となっている外筒中に所定量入れ、セパレータ６の端を折り曲げて活性炭を包み込む。次いで、開口部を有する絶縁部材１４（パッキング）と、開口部を有する負極端子１６とを順番にセットし、外筒の外側を絶縁材料で絶縁し、本実施形態の発電装置１０とする。
なお、正極充填材Ｃを用いた場合を、図８に模式的に示した。【００５０】
なお、本実施形態では、負極部材を単４電池と同じ大きさの円筒形としたが、市販の各種一次電池や二次電池と同じ大きさとすることもできる。この場合には、耐熱性ポリエチレン、テフロン（登録商標）、アラミドその他の絶縁材料で構成された円柱状又は多角形状の外筒とすることによって、これらに代えて各種の機器に使用することが可能となる。【００５１】
また、こうした絶縁材料で外筒を構成した場合には、負極部材を板状、棒状、筒状及び多角柱状からなる群から選ばれる形状とし、外筒中に充填された正極充填材中に、適宜配置することができる。
【実施例】
【００５２】
以下に、本発明の発電装置について、実施例を用いて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に何ら制限されるものではない。【００５３】
（実施例１）水発電用合金及び集電材の調製
（１）水発電用合金の調製
各元素を、表１に示す量で秤量して容器中に順次入れで攪拌し、混合物とした。これらの金属はいずれも、市販品を使用した。
ついで、この混合物を約１，２００℃にて１５分間加熱し、合金１を得た。この合金を常法に従って押し出し成型により、内径７．２ｍｍ、外径１０．４ｍｍの中空棒とし、長さ４４ｍｍの筒状に切断して、外筒とした。【００５４】
【表１】
2007116872.tif 000003
【００５５】
（２）正極充填材の調製
（２−１）正極充填材Ａの調製
水酸化アンモニウムを含有する浸漬液（約３Ｌ、ｐＨ９〜１０）を調製し、マントルヒーターを用いて３６〜４４℃に加温した。水酸化アンモニウム及び後述するフッ化水素酸は、ナカライテスク（株）より購入した。
ついで、この中に市販の活性炭５００ｇ（フタムラ化学（株）製、２００〜３００メッシュ）を加えて、上記の浸漬液に約２０〜４５分間浸漬し、その後引き上げて自然乾燥させた。これをとフッ化水素酸を含有する浸漬液（約３Ｌ）に浸漬して自然乾燥させ、正極充填材Ａを調整した。【００５６】
（２−２）正極充填材Ｂの調製
６００ｇの活性炭に、活性炭重量の１／２０量のリンゴ酸、レモン酸、又はクエン酸の粉末、１ｇの銅の粉末、及び０．５ｇの塩化ナトリウム又は二酸化マンガンを加えて混合し、正極充填材Ｂを調製した。ここで、使用するリンゴ酸、レモン酸、クエン酸は、藤井薬品工業（株）、関東化学（株）のものを購入し、使用した。また、塩化ナトリウム又は二酸化マンガンは、ナカライテスク（株）製のものを購入し、乳鉢で摺りつぶして使用した。銅粉末は、三津和化学薬品（株）製の２００〜４００メッシュのものを使用した。【００５７】
（３）正極充填剤Ｃの調製
厚みが約５ｍｍスポンジ状のシートを約２５ｍｍ×約３６ｍｍの大きさに切断し、ここに上記シートの重量の１／２０量のリンゴ酸、レモン酸、又はクエン酸の粉末、１/６００重量％の銅粉末、その半分量の塩化ナトリウム又は二酸化マンガンを混合したものを付着させた。この正極充填剤と、その外側に配置する、市販の銅製のネットを正極充填材Ｃとした。【００５８】
（実施例２）水発電装置の製造
（１）隔壁用部材なしの水発電装置の製造
（１−１）正極充填剤Ａ又はＢを用いた水発電装置の製造
正極充填材として実施例１（２）のように処理した正極充填材Ａ又はＢを使用した。また、正極端子用絶縁部材には、市販のアルミニウムキャップを購入して使用した。集電体として、第一カーボン（株）製の乾電池用炭素棒を購入して使用した。セパレータとしては、厚手のろ紙（ワットマン（株）製）を購入し、約２５ｍｍ×約３６ｍｍの大きさに切断して使用した。【００５９】
開口部を有する絶縁部材（パッキング）及び開口部を有する負極部材（環状部材）は、市販品を購入して使用した。【００６０】
上記の正極部材、正極端子用絶縁部材、集電体を、上記の管状部材の一端に図２に示すようにはめ込み、有底外筒とした。ついで、この外筒の内壁に沿って、上記のように加工したセパレータを隙間が生じないように配置した。【００６１】
この有底円筒内に、実施例１のように処理した活性炭を約１８〜２０ｇ入れ、セパレータの端を折り曲げて、活性炭がこぼれないように包み込んだ。【００６２】
次に、上記のパッキングを、折り曲げられたセパレータから約５ｍｍ離れた位置にセットし、上記の環状部材をその上に載せた。液状の絶縁部材を塗布してこの外筒の外側を絶縁し、本発明の水発電装置を製造した。【００６３】
（１−２）正極充填剤Ｃを用いた水発電装置の製造方法
上述のようにして作製した正極充填剤Ｃを炭素棒を巻くように入れた。次に、正極充填剤Ｃと、有底外筒との間に、市販の銅製の網を約２５ｍｍ×約３６ｍｍの大きさになるように切断して、正極充填剤Ｃを巻くように入れた。
パッキング、環状部材等は上記（１−１）と同様にしてセットし、チューブ状の絶縁部材の中に入れて、この外筒の外側を絶縁し、本発明の水発電装置を製造した。【００６４】
（２）隔壁用部材を設けた水発電装置の製造
隔壁用部材として、上記のセパレータと同じ素材を、負極部材の断面と同じ形状及び大きさに切断して隔壁用部材とし、下記の通りに正極充填材を充填する以外は上記（１）と同様にして、隔壁用部材を設けた水発電装置を製造した。
次いで、前記の負極部材中に充填する正極充填材を、概ね１/３に分け、まず、最初の１/３を上記（１）と同様に充填した。ここに上記のようにした隔壁用部材を１枚載せ、この上に、正極充填材の次の１/３を充填した。その後、残りの正極充填材を充填した。【００６５】
（実施例３）発電装置の評価
（１）電位差の測定
実施例１で製造した合金、及び上述したように処理した正極充填材Ａ又はＢを用いて、実施例２に示す手順に従い、単４電池サイズの水発電装置をそれぞれ５個ずつ製造した。電流計（秋月電子（株）製）を用いて、電流の測定を行った。なお、電流は、電流計と水発電装置との間に１ＫΩの抵抗をつないで測定を行った。結果を表２に示す【００６６】
【表２】
2007116872.tif 000004
【００６７】
表２に示すように、正極充填材Ａを使用した場合には、約７０．８±２．０１ｍＡ、正極充填材Ｂを使用した場合には、約２８１．１±３．２１ｍＡの電流値を有することが示された。【００６８】
（２）発電時間の測定
実施例１で製造した合金を用いて、実施例２に示す手順に従って製造した本発明の水発電装置の発電時間を測定した。この測定は、市販のＬＥＤランプが何時間でつかなくなるかを指標として、対照と比較をしながら行った。対照には、市販のマンガン電池（単４）２本を使用した。【００６９】
本発明の発電装置では、ＬＥＤの点灯時間が次第に短くなり、一旦、点灯しなくなった後に、注水口から水を数滴注入すると、再度点灯するようになった。このため、ＬＥＤが完全に点灯しなくなるまで、上記の実験を繰り返した。結果の一部を表３に示す。なお、本発明の発電装置で発生する電流量は、１８０ｍＡであった。表３中、−はＬＥＤが点灯しないことを表す。【００７０】
【表３】
2007116872.tif 000005
【００７１】
表３に示すように、マンガン電池では、２３時間でＬＥＤが点灯しなくなり、翌日、２回目の実験を行うと、ＬＥＤは一瞬点灯し、すぐに消灯した。
一方、本発明例１の発電装置では、初回は、２７時間でＬＥＤが点灯しなくなったが、点灯しなくなった時点で数滴の水を注入（＊）すると、再度、点灯するようになった。点灯持続時間は、２回目で２２時間、３回目で１８時間、というように次第に短縮されてゆき、７回目には、点灯から３時間を経過したときに消灯した。【００７２】
この時点で数滴の水を注入すると、ＬＥＤは再び点灯するようになり、ＬＥＤは、２２時間点灯し続けた。上記と同様に、ＬＥＤの点灯時間は次第に短くなったが、６回目まで点灯が続いた。
これ以降も、ＬＥＤが点かなくなったときに水を注入すると再度点灯するようになることを繰り返しながら、積算時間約２５０時間まで、ＬＥＤの点灯が続いた。
本発明例２の発電装置においても、ほぼ同様の傾向が認められたが、点灯時間は本発明例１の約２/３程度であった。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上説明したように、本発明の水発電用合金を使用した水発電装置は、水と接触すれば長時間にわたって発電を行うことができるため、各種家電製品において乾電池に代えて使用できるだけでなく、被災地における電気を必要とする設備や機器の稼動、又はライフジャケットや発信機に装備することにより山岳事故もしくは海難事故の捜索においても有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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