(57)【要約】      （修正有）【課題】長時間放電が可能で、かつ安定した立ち上がり特性を有する熱電池を提供する。【解決手段】素電池１０、発熱剤８および着火剤からなる積層体と、積層体の外周に配された導火帯と断熱材を備える。断熱材の部分は、柔らかな断熱材中に発熱剤が入り込み密着性が向上し、導火帯からの燃焼伝播を発熱剤に確実に伝えることができる。発熱剤の直径が、素電池よりも大きく、発熱剤の燃焼時は断熱材中で発熱することで保温効果があり、熱電池の作動時の内部温度低下を防止できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素電池および発熱剤からなる積層体と、前記積層体の外周に配された導火帯を備え、前記導火帯は着火剤および断熱材からなり、前記発熱剤の端部で導火帯に接触する熱電池において、前記発熱剤の外周部が、前記素電池の外周部より突出していることを特徴とする熱電池。
【請求項２】
前記発熱剤の外周部が、前記素電池の外周部より突出している突出長さが、前記導火帯の厚みの９０％以下であることを特徴とする請求項１記載の熱電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱電池は常温で不活性であるが、高温に加熱すると活性となり、外部へ電力を供給し得るようになる貯蔵形電池の一種である。従って、５〜１０年あるいはそれ以上の貯蔵後においても製造直後と何ら電池特性が変らないので緊急用電源に利用されている。また、高温で作動させるために電極反応が進み易いため、分極も少ないので大電流放電性に優れ、さらに使用希望時には起動信号を入れると瞬時に電力を取出せる等の特徴を有する。
【０００３】
図４に一般的な熱電池の構造を示す。図４において、点火端子４に電気信号を入力すると、点火器１が作動し、火炎を生じる。その火炎が着火パッド７を燃焼させ、その火炎が導火帯（着火剤９を断熱材１２の上に成型したもので以後導火帯という）中の着火剤９を燃焼させる。その燃焼熱で、発熱剤８を燃焼し熱を発生させる。その熱により素電池１０中の電解質が溶融して素電池１０が電圧を発生させる。積層体より出力される電圧はリード板１１を通って、正極端子１３および負極端子１４から外部に電力を取り出すことが出来る。この時、発熱剤８から発生する熱を保温および断熱するために、断熱剤１２が配置され、熱の流出を防止している。電池の外装は電池ケース６、電池蓋２からなり、電池ケース６と電池蓋２を溶接で接続している。
【０００４】
電池の作動は、素電池中の活物質を消費するか、または、電池内部より熱が流出し、電池内部の温度が電解質の凝固点以下になると放電を停止する。
【０００５】
したがって、この様に、高温で使用するために、短時間しか使用出来ないという短所を有していた。この課題を克服するために従来から進められてきた研究は、（１）電池系の改良、（２）断熱技術の改良、（３）蓄熱技術の改良である。
【０００６】
（１）については、負極にカルシウムを用いたＣａ／ＣａＣｒＯ4系電池から負極にリチウムまたはリチウム合金を用いたＬｉ又はＬｉ合金／ＦｅＳ2系電池に変わり、作動温度の拡大が図られた。
【０００７】
（２）については、従来のアスベストやマイカ主体の天然断熱材から、今日ではＦｉｂｅｒ−Ｆｌａｘ（Ｃａｒｂｒｕｎｄｕｍ社）やＭＩＮ−Ｋ（Ｊｏｈｎｓ−Ｍａｎｖｉｌｌｅ社）等の合成断熱材へと移り変って来た。
【０００８】
さらに（３）については、素電池と発熱剤ペレットからなる積層体の両端の保温層も金属板を用いたり、凝固潜熱を電池作動の最適温度で効率よく発生させるＬｉ2ＳＯ4−ＮａＣｌ蓄熱層が用いられ、以上（１）〜（３）の技術を組合せることによって長時間作動の電池が出現可能となりつつある（特許文献１）。
【特許文献１】特許第２６５３０６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、電池作動時間が数分レベルの熱電池を直ぐに実現させるためには、その方法として、前記に記した（１）では、開発に対して、長期間の期間が必要である。また、（２）に対しては、使用する断熱材コストが一般的断熱材の数倍レベルにあり現実的でない。また、（３）では、放電に寄与する以外の蓄熱層が必要であり、電池の大型化を避けることはできない等の諸問題があった。
【００１０】
そこで、簡易的な方法として、積層形熱電池における素電池の正極および負極材料の充填量を増加させる方法や積層体の外周に配された断熱材を増加させる方法がある。また、同時に電池内部温度を上昇させること、すなわち発熱剤量を増加させる方法があるが、前記従来の熱電池では、素電池と発熱剤とを多段に積層するため、積層されている素電池厚みが増加して積層体の高さが高くなるため、寸法上の制限がある。また電池外径の規制があるため、積層体の外周の断熱材を増加することも困難であるという課題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記従来の課題を解決するために本発明は、素電池および発熱剤からなる積層体と、前記積層体の外周に配された導火帯を備え、前記導火帯は着火剤および断熱材からなり、前記発熱剤の端部で導火帯に接触する熱電池において、前記発熱剤の外周部が、前記素電池の外周部より突出していることを特徴とする。
【００１２】
このような構成とすることにより、導火帯で着火剤のない断熱材の部分において、柔らかな断熱材中に発熱剤が入り込む様に密着することで、発熱剤と断熱材の密着性が向上する。素電池より外径の大きい部分においても発熱剤の燃焼時は断熱材中で発熱することから、断熱材層の発熱により保温効果が上昇し、断熱効果が効果的に得られることから、熱電池の作動時の内部温度低下を防ぐことが可能となる。もちろん当該発明は、断熱材厚みを変更することはなく、従来からの課題であった断熱材を増加する事無く、電池構成され長時間放電が可能となる。
【００１３】
また、上記の構成によれば、素電池の外周部より発熱剤の外周部が突出しているため、導火帯の着火剤に発熱剤の端部が入り込む様に接触するため、密着度が向上し導火帯からの燃焼伝播を発熱剤に確実に伝えることができる。このため迅速な立ち上がり特性を有する熱電池を得ることもできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、長時間放電が可能で、迅速な立ち上がり特性を有する熱電池を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、素電池および発熱剤からなる積層体と、前記積層体の外周に配された導火帯を備え、前記導火帯は着火剤および断熱材からなり、前記発熱剤の端部で導火帯に接触する熱電池において、前記発熱剤の外周部が、前記素電池の外周部より突出していることを特徴としている。
【００１６】
また、前記発熱剤の外周部が、前記素電池の外周部より突出している突出長さが、前記導火帯の厚みの９０％以下であると、発熱剤の燃焼時に断熱材や着火剤に損傷を与えることがないので好ましい。
【実施例１】
【００１７】
（実施例１）
（１）素電池の作製
正極に二硫化鉄、負極にリチウムアルミを使用し、電解質層にはＬｉＣｌ−ＫＣｌ共融塩を使用した素電池を作製した。それぞれの電気容量の必要量は正極を１とした時に、負極を１．５倍投入し、素電池反応を正極での規制とした。これは、放熱による影響を明確にするために熱影響を受けやすい正極量で規制し、当該発明の断熱効果を確認するためである。
【００１８】
また、素電池の直径は５０ｍｍとした。
【００１９】
（２）発熱剤の作製
発熱剤には、鉄粉と過塩素酸カリウムを混合し、素電池よりも０．３６ｍｍ直径を大きく成型したものを用いた。発熱剤量は素電池の比熱から素電池を常温２０℃で５５０℃まで上昇させる熱量の量とした。その発熱剤をペレット状に成型した。
【００２０】
（３）導火帯の作製
着火剤には、ジルコニウムとクロム酸バリウムを混合し、その混合粉末にガラス繊維を加えて得た着火剤を作製し、導火帯には着火剤を断熱材上に帯状に成型した。着火剤の厚みは均一に０．６ｍｍになるように調節し、着火剤を成型した断熱材部分の厚みも０．６ｍｍのものを使用した。
【００２１】
（４）熱電池の作製
電池構成は、素電池と発熱剤をそれぞれ２０枚、２４枚積層して図１に示した積層体を構成した。この時、発熱剤の外周部が、素電池の外周部より突出している突出長さは、０．１８ｍｍであり、導火帯の厚みの３０％であった。積層体以外の構成は、図４に示した従来の熱電池と同じ構成とした。このような電池を５個作製した。これを実施例１の電池とする。
【００２２】
（実施例２）
発熱剤の直径を素電池と同じ直径５０．８ｍｍにした以外は実施例１と同様にして熱電池を５個作製した。この時、発熱剤の外周部が、素電池の外周部より突出している突出長さは、０．４ｍｍであり、導火帯の厚みの６６．７％であった。これを実施例２の電池とする。
【００２３】
（実施例２）
発熱剤の直径を素電池と同じ直径５１．１ｍｍにした以外は実施例１と同様にして熱電池を５個作製した。この時、発熱剤の外周部が、素電池の外周部より突出している突出長さは、０．５５ｍｍであり、導火帯の厚みの９１．７％であった。これを実施例２の電池とする。
【００２４】
（比較例１）
発熱剤の直径を素電池と同じ直径５０ｍｍにした以外は実施例１と同様にして熱電池を５個作製した。これを比較例１の電池とする。
【００２５】
（比較例２）
発熱剤の直径を素電池と同じ直径５１．２ｍｍにした以外は実施例１と同様にして熱電池を５個作製した。この時、発熱剤の外周部が、素電池の外周部より突出している突出長さは、０．６ｍｍであり、導火帯の厚みの１００％であった。これを比較例２の電池とする。
【００２６】
（熱電池の評価）
以上のように製造した熱電池について、負荷電流５Ａを印加して、２０℃で放電させ、電池電圧が２０Ｖを割り込むまでの時間を放電時間とした。また起動後２０Ｖ達成するまでの時間を立ち上がり時間として計測した。それらの結果を表１に示す。数値は５個の電池の平均値である。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
実施例１から３の結果から、発熱剤の直径を素電池よりも大きくした場合に放電時間が長くなっている。これは、素電池より外径の大きい発熱剤の部分が断熱材中でも発熱することから、断熱材層での発熱剤の発熱と断熱材の保温効果により、断熱効果が効果的に得られることから、熱電池の作動時の内部温度低下を防ぐことが可能となったためと考えられる。また、立ち上がり時間が速くなったのは、導火帯の着火剤に発熱剤の端部が入り込む様に接触するため、密着度が向上し導火帯からの燃焼伝播を発熱剤に確実に伝えることができたためであると考えられる。しかし、比較例２の結果から明らかなように、発熱剤が素電池より突出している突出長さが導火帯の厚みと同程度まで長くなると、立ち上がり時間が長くなった。これは発熱剤が着火剤を切断したため、着火剤の火炎が速やかに、着火剤上を燃焼しなかったためと考えられる。従って、発熱剤が素電池より突出している突出長さが導火帯の厚みの９０％以下であることが必要である。
【００２９】
なお、本実施例においては、素電池と発熱剤は円盤形状のものを用いたが、図３（ａ）に示すような発熱剤が楕円形状または図３（ｂ）に示すような四角形状であって、素電池の外周部よりも突出していれば、同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明にかかる熱電池は、長時間放電が可能であり、安定した立ち上がり特性を有する熱電池として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例に係る熱電池の積層体の概略断面図
【図２】同電池の積層体の平面図
【図３】（ａ）本発明の他の実施例に係る発熱剤が楕円形状である積層体の平面図、（ｂ）本発明の他の実施例に係る発熱剤が四角形状である積層体の平面図
【図４】従来の熱電池の概略断面図
【符号の説明】
【００３２】
１    点火器
２    電池蓋
３    ハーメチックガラス
４    点火端子
５    断熱体
６    電池ケース
７    着火パッド
８    発熱剤
９    着火剤
１０  素電池
１１  リード板
１２  断熱材
１３  正極端子
１４  負極端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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