JP2008010230A - 空気電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】負荷変動時に空気の取り入れ量を変化させることができない。また、不使用時に電解質が蒸発し、寿命が短くなる。
【解決手段】正極作用物質として空気中の酸素を用い、空気取り入れ口として複数個の空気孔を有する空気電池本体と、空気電池本体に接続した負荷の電力負荷を検出する負荷検出部と、空気孔を開閉可能な蓋を備えることにより、軽負荷放電用および重負荷放電用のいずれにも対応でき、しかも電池寿命を早めない空気電池システムを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は空気電池を用いた電源システムに関するものである。

空気中の酸素を正極物質に、負極に金属活物質を用いる空気電池は広範な産業分野で用いられている。

空気電池は一般に正極物質の酸素を取り入れるために複数個の空気孔が電池に備えられており、未使用時にはシールで封がされており、使用時にシールを剥がし空気孔を空けた状態で用いる。しかし、空気孔は使用装置がオフの状態でも開口したままであり、装置のオン・オフに係わらず酸素が供給され、また、電解質中の水分が蒸発することで電池寿命が短くなる課題があった。

さらに負荷に応じて空気孔の数（開口面積）を変化させる必要があるが、重負荷の装置に用いる場合、軽負荷時でも開口面積を重負荷用に合わす必要があり、軽負荷時には必要以上に開口しているため電池寿命を早める要因となっていた。

これらの課題に対し、特許文献１では機械スイッチでオフ時に空気孔をふさぐ提案が行われている。また、特許文献２ではシールテープに部分剥離できるような切り線を施し、用途により空気孔の数を変化させることが提案されている。
特開平７−３２２５１１号公報 特開２００１−１５１８１号公報

しかし、特許文献１の構成では装置の使用中における電力負荷の増加減少などの変動には対応できない。また、特許文献２の構成では負荷に応じていちいちシールテープを張り替えることは実用上困難であり、装置を使用中の負荷変動に対応することは困難である。また装置を使用しないオフ時にも空気孔は開口したままであり、電池寿命を早めてしまうという課題があった。

本発明は係る問題に対処してなされたもので、装置の使用中における電力負荷が少ない軽負荷放電用および電力負荷が大きい重負荷放電用のいずれにも対応でき、しかも電池寿命の長い空気電池システムを提供することを目的とするものである。

本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の空気電池システムを提供する。

本発明の第１態様によれば、正極作用物質として空気中の酸素を用い、空気取り入れ口として複数個の空気孔を有する空気電池本体と、前記空気孔を開閉可能な蓋と、前記空気電池本体に接続した負荷の電力負荷を検出する負荷検出部と、前記蓋を開閉駆動する駆動部と、前記負荷検出部の出力により前記駆動部を制御する制御部を備えることを特徴とする空気電池システムが例示できる。

本発明の第２態様によれば、前記負荷検出部が前記空気電池本体の電力負荷を検出し、検出した前記電力負荷の値に応じて前記駆動部により前記蓋を開閉駆動し、前記蓋により前記空気孔を開閉することにより、前記空気電池本体への空気の取り入れ量を調節することを特徴とする第１態様の空気電池システムを提供する。

本発明の第３態様によれば、前記電力負荷が大きい場合は開放する前記空気孔の数を多くし、前記電力負荷が小さい場合は開放する前記空気孔の数を少なくすることを特徴とする第２態様の空気電池システムを提供する。

本発明の第４態様によれば、前記電力負荷が無い場合は、前記複数個の空気孔の全てを閉じることを特徴とする第２態様の空気電池システムを提供する。

本発明の第１乃至第３態様によれば、空気電池にかかる電力負荷によって、空気の取り入れ量を調節できるため、電力負荷に応じた電力の供給が実現できる。

本発明の第４態様によれば、不使用時で電力負荷が無い場合に空気孔を閉めることができるため、電解質中の水分が蒸発することを防ぎ、寿命が短くなることを防止することが出来る。

以下図面により、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１乃至図３は、本発明の実施の形態１を示す。図１は、本発明の実施の形態１における空気電池システムの概略図である。図１において、１は正極作用物質として空気中の酸素を用い、空気取り入れ口として正極に複数個の空気孔を有する空気電池である。２は空気電池１の底面に設けられた空気孔を塞ぐことが可能な回転式の蓋、３は蓋２を回転させる歯車、４は歯車３を回転させる駆動部であるＤＣモータであり、空気電池１の電力により回転駆動する。５は空気電池１から電力を供給される負荷であり、例えば音楽プレーヤーや携帯電話などの電子機器である。

６は負荷検出部であり、空気電池１から負荷５に供給される電流や電力などを検出することにより負荷５への電力負荷を検出する。７は制御部であり負荷検出部６の出力を受けＤＣモータ４の回転を制御する。空気を取り入れる空気孔は例えば１０個というように複数個備える。空気電池１の全ての空気孔は使用前にはシールで塞がれて空気が中に入らないようになっている。そして、使用時にはシールを剥がされ、空気電池１は図１のようにシステムに設置される。この時、空気電池１は本体に本来固定され（図示せず）、蓋２とは一緒に回転しない。

図２の（ａ）、（ｂ）は実施の形態１における空気電池主要部の側面と底面を示す。図２（ａ）、（ｂ）において８は空気電池１の正極に複数個設けた空気孔であり、空気電池１の底面に設けている。この実施例では空気孔８は５個ずつで合計１０個設けたものを示している。蓋２の底面には、空気孔８に対向して２つの貫通長穴９が形成される。蓋２の回転により貫通長穴９の位置が移動し、蓋２の回転角度によって開放する空気孔８の数を選択できる構成としている。この貫通長穴９と位置が合致した空気孔８から空気電池１内に空気が供給される。空気電池１はシステムに設置されたときには、空気孔８が貫通長孔９と対向することにより、塗りつぶしで示した２つの空気孔８が開放された状態で保持される。

電力負荷が小さい低負荷時または装置が動作する前のスタンバイの時は、負荷検出部６は電力負荷が少ないことを検出し、検出した電力負荷に対応する情報を制御部７に入力する。制御部７は空気孔８の開放の数が少ない状態を設定する。これにより空気孔８は図２（ｂ）に示すように塗りつぶしで示した２つの空気孔８が開放された状態を維持する。これにより空気電池１へは少ない空気が供給される状態となり、空気電池１から負荷５へは検出した電力負荷に応じた少ない電力を供給する。

装置が動作する前のスタンバイの時にもこのように少しの空気孔８が開放しているので、空気電池１は正規の電圧を維持し、ＤＣモータ４や制御部７に電力を供給するので、常に正常な駆動を行うことができる。

次に、負荷５に流れる電流が多くなると、負荷検出部６は電力負荷の増加を検出し、この負荷検出部６の検出した電力負荷に対応する情報を制御部７へ入力し、制御部７で電力負荷の増加を判断し、ＤＣモータ４を駆動することにより歯車３が回転し蓋２を回転させる。

図３（ａ）、（ｂ）は蓋の動作状態を示す。図３（ａ）に示すように蓋２が矢印の向きに回転することにより、貫通長孔９がより多くの空気孔８と対向することになり、開放する空気孔８の個数を増加させる。図３（ａ）では開放された空気孔８の数は、塗りつぶしで示すように６個に増加したことを示している。これにより、空気孔８を通じて空気電池１にはより多くの空気が供給されるのでその酸素により負荷５の大きな電力負荷に応じた電力が出力できるように空気取り入れ量を調整できる。

負荷検出部６が電力負荷のさらなる増大を検出すると、負荷検出部６の検出した電力負荷に対応する情報が制御部７に入力され、制御部７は蓋２を回転駆動する。図３の（ｂ）は蓋２の回転により空気孔８を全開にした場合の例である。この例では、塗りつぶしで示すように開放された空気孔８は全部で１０個に増加したことを示している。これによりさらに多くの空気が空気電池１に供給されるので、空気電池１は電力負荷が増大した負荷に対して、より多くの電力を出力できるようになる。このように開放する空気孔８の数は、電力負荷の値に応じて空気電池１に必要な空気量を供給できる最適な個数に設定される。

本実施の形態により、負荷５の大きさに合わせて空気電池１に導入する空気の量を調節可能なため、負荷５の電力負荷変動に合わせた電力を供給することが出来る。また、不必要な空気孔を閉じることにより使用時に空気孔８からの水分等の余分な蒸発を防ぎ、空気電池１の寿命を延ばし、最大の駆動時間を得ることができる。さらに電源オフ時にも空気孔８の開放部を少なく出来るため、不使用時の電力ロスおよび蒸発等を減らすことで空気電池１を長寿命にすることができる。

（実施の形態２）
図４および図５は、本発明の実施の形態２を示す。図４は本発明の実施の形態２における空気電池システムの概略図である。図５（ａ）、（ｂ）は実施の形態２における空気電池主要部の側面と底面を示す。図４、図５において、１１は空気電池、１２は空気孔を塞ぐことが可能な回転式の蓋、１３は蓋１２を回転させる歯車、１４は歯車１３を回転させる駆動部であるＤＣモータ、１５は空気電池１１から電力を供給される負荷であり、例えば音楽プレーヤーや携帯電話などの電子機器である。

１６は負荷検出部、１７は制御部、１０はＤＣモータ１４や制御部１７に電力を供給する２次電源を示す。空気電池の正極には、図５（ｂ）に示すように、空気を取り入れる空気孔１８を複数備える。実施例では空気孔１８の数は１０個設けたものを示している。蓋１２の底面には空気孔１８に対向して２つの貫通長穴１９が形成され、蓋１２の回転により空気孔１８の開放個数を全閉状態から全開状態まで選択できるようにしている。

使用前の空気電池１１は空気孔１８の全てがシールで塞がれている。そして使用時にシールが剥がされ、図４のようにシステムに設置される。この時、空気電池１１は本体に本来固定され（図示せず）、蓋１２とは一緒に回転しない。実施の形態１と同様に、負荷１５が大きくなると負荷検出部１６の検出した電力負荷に対応する情報に合わせて蓋１２を回転させることにより空気電池１１の空気穴１８が空気に触れる個数を増やし、空気電池１１の出力を調節することが出来る。

実施の形態１との違いは、ＤＣモータ１４や制御部１７に２次電源１０が接続されていることであり、この２次電源１０によって、空気電池１１の起電力が無くてもＤＣモータ１４を回転させることが出来、蓋１２を全閉まで駆動可能としていることである。

装置の不使用時で負荷１５の電力負荷が無い場合は、負荷検出部１６が負荷電力なしの状態を出力し、制御部１７に入力することにより、ＤＣモータ１４は２次電源１０の電力で駆動され、歯車１３を回転させ、蓋１２を回転させる。これにより、図５の（ａ）、（ｂ）に示すように、空気孔１８をすべて蓋１２で塞ぐことが可能になる。

この状態にすると殆どの空気の流入は遮断されるが、わずかに残る空気電池１１と蓋１２の隙間から、微量の空気だけが空気孔１８から供給される状態となる。これにより、電池反応は抑制されて空気電池１１の電池電圧の正規の電圧より低い電圧に維持されることになる。従って、不使用時で負荷１５が無い状態では電池反応が抑制され、空気電池の無駄な消耗を著しく防止することができるため、空気電池の寿命を効率よく利用することができる。

なお、２次電源１０によりＤＣモータ１４や制御部１７に電力を供給する構成を示したが、空気孔１８をすべて蓋１２で塞いだ場合でも、空気電池１１と蓋１２の隙間から供給される微量の空気により維持される正規の電圧より低い電圧によっても駆動可能なＤＣモータ１４や制御部１７にすることにより、空気電池１１による電力供給で駆動が可能となり、２次電源１０が不要な回路とすることもできる。

本発明にかかる空気電池システムは、空気電池にかかる電力負荷によって空気の取り入れ量を調整でき、電力負荷に応じた電力の供給ができるので、電源システム等として有用である。

本発明の実施の形態１に係る空気電池システムの概略図 （ａ）（ｂ）本発明の実施の形態１に係る空気電池主要部の側面と底面を示す図 （ａ）（ｂ）本発明の実施の形態１に係る蓋の動作状態を示す図 本発明の実施の形態２に係る空気電池システムの概略図 （ａ）（ｂ）本発明の実施の形態２に係る空気電池主要部の側面と底面を示す図

符号の説明

１、１１ 空気電池
２、１２ 蓋
３、１３ 歯車
４、１４ ＤＣモータ
５、１５ 負荷
６、１６ 負荷検出部
７、１７ 制御部
８、１８ 空気孔
９、１９ 貫通長穴
１０ ２次電源

Claims (4)

1. 正極作用物質として空気中の酸素を用い、空気取り入れ口として複数個の空気孔を有する空気電池本体と、前記空気孔を開閉可能な蓋と、前記空気電池本体に接続した負荷の電力負荷を検出する負荷検出部と、前記蓋を開閉駆動する駆動部と、前記負荷検出部の出力により前記駆動部を制御する制御部を備えることを特徴とする空気電池システム。
2. 前記負荷検出部が前記空気電池本体の電力負荷を検出し、検出した前記電力負荷の値に応じて前記駆動部により前記蓋を開閉駆動し、前記蓋により前記空気孔を開閉することにより、前記空気電池本体への空気の取り入れ量を調節することを特徴とする請求項１記載の空気電池システム。
3. 前記電力負荷が大きい場合は開放する前記空気孔の数を多くし、前記電力負荷が小さい場合は開放する前記空気孔の数を少なくすることを特徴とする請求項２記載の空気電池システム。
4. 前記電力負荷が無い場合は、前記複数個の空気孔の全てを閉じることを特徴とする請求項２記載の空気電池システム。

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