特表 2024-501499 金属空気ガルバニエンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-01-12

(54)【発明の名称】金属空気ガルバニエンジン

(51)【国際特許分類】

   H01M 12/06 20060101AFI20240104BHJP

   F03G 7/00 20060101ALI20240104BHJP

【ＦＩ】

H01M12/06 E

F03G7/00 D

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023536868

(86)(22)【出願日】2021-12-23

(85)【翻訳文提出日】2023-08-01

(86)【国際出願番号】 IB2021062277

(87)【国際公開番号】W WO2022137203

(87)【国際公開日】2022-06-30

(31)【優先権主張番号】63/130,473

(32)【優先日】2020-12-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520116780

【氏名又は名称】アルマパワー コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100101373

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 茂雄

(72)【発明者】

【氏名】シーリン，ジェフリー

【テーマコード（参考）】

5H032

【Ｆターム（参考）】

5H032AA01

5H032AS01

5H032BB08

5H032BB10

5H032CC02

5H032CC12

5H032CC16

5H032CC27

(57)【要約】

アノードディスクの側方に位置する第１および第２のカソードディスクを含む複数のアノードカソードディスクアセンブリを有する金属空気電池。アクチュエータが、少なくとも１つのカソードディスクを他のカソードディスクに対して移動させ、それにより、アノードカソード間隙のサイズ決めを容易にする。アノードディスクは、アノードディスクを回転させる動力軸に係合する穴を有する。
【選択図】図１１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

開口に配設されたキー付き動力軸を伴う前記開口を備えるハウジングと、
前記ハウジング内に配設された複数のアノードカソードディスクアセンブリであって、各アノードカソードディスクアセンブリは、
第１のカソードディスクであり、前記キー付き動力軸が、前記第１のカソードディスクの第１の円形穴内に配設される、第１のカソードディスク、
第２のカソードディスクであり、前記キー付き動力軸が、前記第２のカソードディスクの第２の円形穴内に配設される、第２のカソードディスク、
前記第１のカソードディスクおよび前記第２のカソードディスクの両方に直接接続されたアクチュエータであり、前記第１のカソードディスクと前記第２のカソードディスクとの間の間隙の大きさを変更するように構成された、アクチュエータ、および、
前記第１のカソードディスクと前記第２のカソードディスクとの間に配設された回転アノードディスクであり、前記キー付き動力軸が、前記キー付き動力軸の回転が前記回転アノードディスクを回転させるように、前記回転アノードディスクのキー付き穴内に配設され、前記キー付き穴は、非円形である、回転アノードディスク
を備える、複数のアノードカソードディスクアセンブリと
を備え、
前記ハウジングは、前記複数のアノードカソードディスクアセンブリに液体、気体、または電気接続を提供するように構成された、少なくとも１つのアクセスポートをさらに備える、
金属空気電池。

【請求項2】

前記第１のカソードディスクおよび前記第２のカソードディスクは各々、前記回転アノードディスクと対面するそれぞれのカソード表面を備え、前記カソード表面の各々は、液体電解質がノズルを通して各それぞれのカソード表面と前記回転アノードディスクとの間に注入されるように、前記少なくとも１つのアクセスポートに流体接続する前記ノズルを備える、請求項１に記載の金属空気電池。

【請求項3】

前記キー付き動力軸は、十字形キー付き動力軸である、請求項１に記載の金属空気電池。

【請求項4】

前記キー付き穴は、十字形キー付き穴である、請求項３に記載の金属空気電池。

【請求項5】

前記回転アノードディスクは、少なくとも１つのノッチを有する外周を有する、請求項１に記載の金属空気電池。

【請求項6】

前記回転アノードディスクは中央円形穴を備え、電気伝導性ディスクが前記中央円形穴内に配設され、前記キー付き穴は前記電気伝導性ディスクに配設され、前記回転アノードディスクおよび前記電気伝導性ディスクは２つの異なる金属である、請求項１に記載の金属空気電池。

【請求項7】

前記回転アノードディスクはアルミニウムであり、前記電気伝導性ディスクは真ちゅうである、請求項６に記載の金属空気電池。

【請求項8】

前記キー付き動力軸は、平坦なディスク表面を有するプーリをさらに備える、請求項１に記載の金属空気電池。

【請求項9】

ストロングバック支持フレームであって、前記金属空気電池が、前記ストロングバック支持フレームに取り外し可能に取り付けられる、ストロングバック支持フレームをさらに備える、請求項１に記載の金属空気電池。

【請求項10】

前記金属空気電池が、機械式アームによって前記ストロングバック支持フレームに取り外し可能に取り付けられる、請求項９に記載の金属空気電池。

【請求項11】

各々請求項１に記載の第１の金属空気電池および第２の金属空気電池を備える、金属空気ガルバニエンジンであって、
前記キー付き動力軸は、前記キー付き動力軸の近位端および遠位端を備え、前記近位端は前記第１の金属空気電池に配設され、前記遠位端は前記第２の金属空気電池に配設される、
金属空気ガルバニエンジン。

【請求項12】

ストロングバック支持フレームをさらに備え、
前記第１の金属空気電池および前記第２の金属空気電池は各々、前記ストロングバック支持フレームに取り外し可能に取り付けられる、
請求項１１に記載の金属空気ガルバニエンジン。

【請求項13】

前記第１の金属空気電池および前記第２の金属空気電池は各々、それぞれ第１の機械式アームおよび第２の機械式アームによって、前記ストロングバック支持フレームに取り外し可能に取り付けられる、請求項１２に記載の金属空気ガルバニエンジン。

【請求項14】

前記キー付き動力軸を回転させる駆動モーターをさらに備える、請求項１１に記載の金属空気ガルバニエンジン。

【請求項15】

前記駆動モーターは、前記ストロングバック支持フレームに搭載される、請求項１４に記載の金属空気ガルバニエンジン。

【請求項16】

金属空気ガルバニエンジンのアレイであって、複数の請求項１１に記載の金属空気ガルバニエンジンを備える、金属空気ガルバニエンジンのアレイ。

【請求項17】

開口に配設されたキー付き動力軸を伴う前記開口を備えるハウジングと、
前記ハウジング内に配設された複数のアノードカソードディスクアセンブリであって、各アノードカソードディスクアセンブリは、
第１のカソードディスクであり、前記キー付き動力軸が、前記第１のカソードディスクの第１の円形穴内に配設され、前記第１のカソードディスクは、前記ハウジングに対して固定して接続される、第１のカソードディスク、
第２のカソードディスクであり、前記キー付き動力軸が、前記第２のカソードディスクの第２の円形穴内に配設される、第２のカソードディスク、
前記第１のカソードディスクおよび前記第２のカソードディスクの両方に直接接続されたアクチュエータであり、前記第１のカソードディスクと前記第２のカソードディスクとの間の間隙の大きさを変更するように構成された、アクチュエータ、および、
前記第１のカソードディスクと前記第２のカソードディスクとの間に配設された回転アノードディスクであり、前記キー付き動力軸が、前記キー付き動力軸の回転が前記回転アノードディスクを回転させるように、前記回転アノードディスクのキー付き穴内に配設され、前記キー付き穴は、非円形である、回転アノードディスク
を備える、複数のアノードカソードディスクアセンブリと
を備え、
前記ハウジングは、前記複数のアノードカソードディスクアセンブリに液体、気体、または電気接続を提供するように構成された、少なくとも１つのアクセスポートをさらに備える、
金属空気電池。

【請求項18】

前記第１のカソードディスクおよび前記第２のカソードディスクは各々、前記回転アノードディスクと対面するそれぞれのカソード表面を備え、前記カソード表面の各々は、液体電解質がノズルを通して各それぞれのカソード表面と前記回転アノードディスクとの間に注入されるように、前記少なくとも１つのアクセスポートに流体接続する前記ノズルを備える、請求項１７に記載の金属空気電池。

【請求項19】

開口に配設された動力軸を伴う前記開口を備えるハウジングと、
前記ハウジング内に配設された複数のアノードカソードディスクアセンブリであって、各アノードカソードディスクアセンブリは、
第１のカソードディスクであり、前記動力軸が、前記第１のカソードディスクの第１の円形穴内に配設される、第１のカソードディスク、
第２のカソードディスクであり、前記動力軸が、前記第２のカソードディスクの第２の円形穴内に配設される、第２のカソードディスク、
前記第１のカソードディスクおよび前記第２のカソードディスクの両方に直接接続されたアクチュエータであり、前記第１のカソードディスクと前記第２のカソードディスクとの間の間隙の大きさを変更するように構成された、アクチュエータ、および、
前記第１のカソードディスクと前記第２のカソードディスクとの間に配設された回転アノードディスクであり、前記動力軸が、前記動力軸の回転が前記第１のカソードディスクまたは前記第２のカソードディスクを回転させずに前記回転アノードディスクを回転させるように、前記回転アノードディスクの穴内に配設され、前記回転アノードディスクに係合する、回転アノードディスク
を備える、複数のアノードカソードディスクアセンブリと
を備え、
前記ハウジングは、前記複数のアノードカソードディスクアセンブリに液体、気体、または電気接続を提供するように構成された、少なくとも１つのアクセスポートをさらに備える、
金属空気電池。

【請求項20】

前記第１のカソードディスクおよび前記第２のカソードディスクは各々、前記回転アノードディスクと対面するそれぞれのカソード表面を備え、前記カソード表面の各々は、液体電解質がノズルを通して各それぞれのカソード表面と前記回転アノードディスクとの間に注入されるように、前記少なくとも１つのアクセスポートに流体接続する前記ノズルを備える、請求項１９に記載の金属空気電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願に対する相互参照
[0001]本出願は、米国特許出願第６３／１３０，４７３号（２０２０年１２月２４日出願）の非仮出願であり、その全体は参照により本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

[0002]金属空気電池は、可動型および定置型分散動力源用の有望な用途を示す高エネルギー密度動力源をもたらす。金属空気電池は、エネルギー密度および変換効率が炭化水素燃料に近付いているため、ハイブリッド車、機関車、船舶、および航空機において見られる内燃機関を置き換える可能性を有する。

【0003】

[0003]金属空気電池は、現在まで上記領域における使用を阻んできた幾つかの問題を抱える。金属アノードが電池の放電中に消費されるため、カソードとアノードとの間の距離が経時的に増加する。電極間隔のこの変化は、経時的にＩ^２Ｒ（電気抵抗）を増加させ、動力出力を下げる。同様に、電池は、開回路でまたは負荷なしで運転すると、電解質内で水素気体を急速に生成し、それは、Ｉ^２Ｒ損失をさらに増加させ、再び閉電気回路に接続されるときに、全動力への復帰を妨げる。金属アノードが消費されると、電池は、使用前に新品の金属アノードを機械的に再装填され得るように、撤去されなければならない。このプロセスは、店で実施される必要があり、その所要時間は金属空気電池の頻繁な再装填および使用にとっての障害となる。

【0004】

[0004]上記問題を解決するために幾つかの試みが行われてきた。運転中におよび開回路にあるときに水素気体の生成を抑制することができる電解質添加剤の化学的性質に対する多くの研究が存在してきたが、あまり成功していない。アノードの縁部の腐食および気体生成からの保護を組み込む幾つかの取り外し可能な電極設計が試験されてきたが、成功は限定的である。他の設計では、可動装置上にアノードを搭載して、電極とカソードとの間の空間の増加による抵抗の増加を低減することを試みてきた。これらは、機械的に複雑に見え、新品の金属アノードを電池に迅速に積載する能力が制限された。これらの解決策はいずれも、成功裏に組み合わせて適用されておらず、金属空気電池は、１回使用品であり、断続的な動力適用のために使用するのが難しいままであった。このことは、金属空気電池を、大型機械または動力システムへの適用のために、何千もの高動力のシステムにスケーリングすることも難しくしてきた。

【0005】

[0005]上記議論は、単に一般的な背景情報のために提供されるものであり、特許請求される主題の範囲を決定する際の補助として使用されることを意図しない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

[0006]本開示は、組込型自動積載および搬出システムを使用する、シリンダ動力ユニットの迅速な再装填を提供する高動力金属空気電池に関する。本開示は、空転するアノードディスク上での遠心力および空気ノズルシステムからの高圧ジェット噴射を使用して、寄生腐食および危険な水素気体の生成なしでの、動力の完全な急速停止も提供する。本開示は、全動力への急速再始動および金属アノードの消費全体を通した一定の動力出力の生成も提供する。システムは、より低い電流でより高い電圧の出力にステップアップするため変圧器に大電流低電圧ＡＣ電力を提供するために、機械的な交互のブラシセットも使用する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

[0007]第１の実施形態において、金属空気電池が提供される。金属空気電池は、開口に配設されたキー付き動力軸を伴う開口を備えるハウジングと、ハウジング内に配設された複数のアノードカソードディスクアセンブリであって、各アノードカソードディスクアセンブリは、第１のカソードディスクであり、キー付き動力軸が、第１のカソードディスクの第１の円形穴内に配設される、第１のカソードディスク、第２のカソードディスクであり、キー付き動力軸が、第２のカソードディスクの第２の円形穴内に配設される、第２のカソードディスク、第１のカソードディスクおよび第２のカソードディスクの両方に直接接続されたアクチュエータであり、第１のカソードディスクと第２のカソードディスクとの間の間隙の大きさを変更するように構成された、アクチュエータ、および、第１のカソードディスクと第２のカソードディスクとの間に配設された回転アノードディスクであり、キー付き動力軸が、キー付き動力軸の回転が回転アノードディスクを回転させるように、回転アノードディスクのキー付き穴内に配設され、キー付き穴は、非円形である、回転アノードディスクを備える、複数のアノードカソードディスクアセンブリとを備え、ハウジングは、複数のアノードカソードディスクアセンブリに液体、気体、または電気接続を提供するように構成された、少なくとも１つのアクセスポートをさらに備える。

【0008】

[0008]第２の実施形態において、金属空気電池が提供される。金属空気電池は、開口に配設されたキー付き動力軸を伴う開口を備えるハウジングと、ハウジング内に配設された複数のアノードカソードディスクアセンブリであって、各アノードカソードディスクアセンブリは、第１のカソードディスクであり、キー付き動力軸が、第１のカソードディスクの第１の円形穴内に配設され、第１のカソードディスクは、ハウジングに対して固定して接続される、第１のカソードディスク、第２のカソードディスクであり、キー付き動力軸が、第２のカソードディスクの第２の円形穴内に配設される、第２のカソードディスク、第１のカソードディスクおよび第２のカソードディスクの両方に直接接続されたアクチュエータであり、第１のカソードディスクと第２のカソードディスクとの間の間隙の大きさを変更するように構成された、アクチュエータ、および、第１のカソードディスクと第２のカソードディスクとの間に配設された回転アノードディスクであり、キー付き動力軸が、キー付き動力軸の回転が回転アノードディスクを回転させるように、回転アノードディスクのキー付き穴内に配設され、キー付き穴は、非円形である、回転アノードディスクを備える、複数のアノードカソードディスクアセンブリとを備え、ハウジングは、複数のアノードカソードディスクアセンブリに液体、気体、または電気接続を提供するように構成された、少なくとも１つのアクセスポートをさらに備える。

【0009】

[0009]第３の実施形態において、金属空気電池が提供される。金属空気電池は、開口に配設された動力軸を伴う開口を備えるハウジングと、ハウジング内に配設された複数のアノードカソードディスクアセンブリであって、各アノードカソードディスクアセンブリは、第１のカソードディスクであり、動力軸が、第１のカソードディスクの第１の円形穴内に配設される、第１のカソードディスク、第２のカソードディスクであり、動力軸が、第２のカソードディスクの第２の円形穴内に配設される、第２のカソードディスク、第１のカソードディスクおよび第２のカソードディスクの両方に直接接続されたアクチュエータであり、第１のカソードディスクと第２のカソードディスクとの間の間隙の大きさを変更するように構成された、アクチュエータ、および、第１のカソードディスクと第２のカソードディスクとの間に配設された回転アノードディスクであり、動力軸が、動力軸の回転が第１のカソードディスクまたは第２のカソードディスクを回転させずに回転アノードディスクを回転させるように、回転アノードディスクの穴内に配設され、回転アノードディスクに係合する、回転アノードディスクを備える、複数のアノードカソードディスクアセンブリとを備え、ハウジングは、複数のアノードカソードディスクアセンブリに液体、気体、または電気接続を提供するように構成された、少なくとも１つのアクセスポートをさらに備える。

【0010】

[0010]本発明のこの簡潔な説明は、１つまたは複数の例示的な実施形態に従って本明細書で開示される主題の簡潔な概要を提供することだけを意図しており、特許請求の範囲の解釈に対する指針として、または、添付の特許請求の範囲によってのみ規定される本発明の範囲を規定もしくは限定するために供しない。この簡潔な説明は、詳細な説明において以下でさらに説明される概念の例示的な選択を簡略化した形態で導入するために提供される。この簡潔な説明は、特許請求される主題の重要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図しておらず、特許請求される主題の範囲を決定するときの補助として使用されることも意図しない。特許請求される主題は、背景技術において述べた任意または全ての不利益を解決する実装形態に限定されない。

【0011】

[0011]本発明の特徴が理解され得るように、本発明の詳細な説明は、その一部が添付図面に示される特定の実施形態を参照して行われ得る。しかしながら、本発明の範囲は他の同様に有効な実施形態を包含するため、図面は、本発明の特定の実施形態のみを示し、したがって、その範囲を制限するものとは考えられないことを留意されたい。図面は、必ずしも一定の比例尺に従っておらず、本発明の特定の実施形態の特徴を示すことに、重点が一般に置かれる。図面において、同様の数字は、種々の図全体を通して、同様の部分を示すために使用される。したがって、本発明のさらなる理解のために、図面に関連して読まれる以下の詳細な説明に対する参照が行われ得る。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】[0012]アノードカソードディスクアセンブリの四半部が例示のために取り除かれている、円筒形ハウジング内の金属空気電池を示す図である。

【図2】[0013]金属空気電池の断面図である。

【図3】[0014]ストロングバック支持フレーム内の金属空気電池の斜視図である。

【図4A】[0015]ストロングバック支持フレーム内の２つの金属空気電池の斜視図である。

【図4B】[0016]ＡＣ電流を生成する１つの方法を示す図である。

【図5】[0017]図５Ａは、ストロングバック支持フレームに対する新品の金属空気電池の付加を示す図である。図５Ｂは、ストロングバック支持フレームに対する新品の金属空気電池の付加を示す図である。図５Ｃは、ストロングバック支持フレームに対する新品の金属空気電池の付加を示す図である。

【図6】[0018]図６Ａは、ストロングバック支持フレームからの使用済み金属空気電池の取り外しを示す図である。図６Ｂは、ストロングバック支持フレームからの使用済み金属空気電池の取り外しを示す図である。図６Ｃは、ストロングバック支持フレームからの使用済み金属空気電池の取り外しを示す図である。図６Ｄは、ストロングバック支持フレームからの使用済み金属空気電池の取り外しを示す図である。図６Ｅは、ストロングバック支持フレームからの使用済み金属空気電池の取り外しを示す図である。

【図7】[0019]動力軸上のアノードカソードディスクアセブリの斜視図である。

【図8】[0020]動力軸上のアノードカソードディスクアセブリの平面図である。

【図9】[0021]図９Ａは、回転アノードディスクの斜視図である。[0022]図９Ｂは、回転アノードディスクの前面図である。

【図10】[0023]カソードディスクの対が例示の簡略化のために省略された、動力軸上の回転アノードディスクの斜視図である。

【図11】[0024]アクチュエータを示すアノードカソードディスクアセブリの斜視図である。

【図12】[0025]図１２Ａは、アクチュエータの一実施形態を示す図である。図１２Ｂは、アクチュエータの一実施形態を示す図である。図１２Ｃは、アクチュエータの一実施形態を示す図である。

【図13】[0026]図１３Ａは、カソード表面の斜視図である。 [0027]図１３Ｂは、カソード表面の正面図である。

【図14】[0028]定置型発電所を示す図である。

【図15】[0029]発電プラント内のガルバニエンジンの複数のアレイを示す図である。

【図16】[0030]図１６Ａは、列車で使用される複数のガルバニエンジンを示す図である。図１６Ｂは、列車で使用される複数のガルバニエンジンを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

[0031]図１を参照すると、本開示は、ハウジング１０４内に設置された複数のアノードカソードディスクアセンブリ１０２を有する金属空気電池１００に関する。一実施形態において、ハウジング１０４は円筒形ハウジングである。各ハウジング１０４は、新しいおよび使用済みのハウジング１０４の迅速な積載および搬出のために、ガルバニエンジン３００（図３参照）内に積載され得る。各ハウジング１０４（動力ユニットとも呼ばれる）は、アノードカソードディスクアセンブリ１０２の容易な格納、搬出、および再積載のために設計される。各ハウジング１０４は、液体および／または気体をアノードカソードディスクアセンブリ１０２に提供する少なくとも１つのアクセスポート１１２を含む。アクセスポート１１２は、アノードカソードディスクアセンブリ１０２に対する電気接続を提供することもできる。

【0014】

[0032]ハウジング１０４の下部には、ハウジング１０４が積載領域へおよび積載領域から容易に移動されることを可能にする少なくとも１つのフォークリフトガイド１０６がある。各ハウジング１０４上の上側ハーフシェル１０８は、アノードカソードディスクアセンブリ１０２内部への迅速なアクセスのために取り外され得る。複数のアノードカソードディスクアセンブリ１０２内の各ディスクは、動力軸２００（図２参照）を受け入れる中央穴１１０を有する。本明細書の他箇所で詳細に論じるように、動力軸２００は、回転アノードディスクに係合して、対応するカソードディスクに係合せず、したがって、カソードディスクを回転させずに、回転アノードディスクの回転を生じさせる。動力軸２００は、中央穴１１０への挿入、その後の各ディスクの整列を促進する湾曲終端２０２ｂを有する。一実施形態において、動力軸２００は、回転アノードディスク上の対応する平坦な縁部に係合する少なくとも１つの平坦な縁部を備えるキー付き動力軸である。動力軸２００は、例えば、十字形断面を有する十字形キー付き動力軸とすることができる。動力軸２００は、電気伝導性であり、真ちゅう、ニッケルメッキされた銅、または他の耐食性金属等の適切な伝導性金属で形成され得る。ハウジング１０４は、動力軸２００を受け入れるために中央穴１１０と整列する開口１１４も含む。

【0015】

[0033]図３は、少なくとも１つの金属空気電池１００を収容するストロングバック支持フレーム３０２を備えるガルバニエンジン３００を示す。金属空気電池１００は、ストロングバック支持フレーム３０２に取り外し可能に取り付けられる。動力軸２００は、ストロングバック支持フレーム３０２に回転可能に搭載される。駆動モーター３０４は、動力軸２００上のプーリ２０２（図２参照）に係合する伝達ベルト３０６を駆動する。これによって、動力軸２００を回転させ、動力軸２００は、次に、動力軸２００と同じ回転速度で回転アノードディスク７００（図７参照）を回転させる。図２に示す実施形態において、動力軸２００は、２つの細長いロッドを備え、２つの細長いロッドは、プーリから対称に長手方向に延在し、したがって、２つの金属空気電池１００が駆動モーター３０４によって駆動されることを可能にする（図４Ａ参照）。したがって、図２の動力軸２００は、近位端および遠位端を備え、プーリ２０２は近位端と遠位端との間に配設される。図３の実施形態において、駆動モーター３０４はストロングバック支持フレーム３０２に搭載される。

【0016】

[0034]ストロングバック支持フレーム３０２の下部には、各金属空気電池１００からの使用済み電解質を受け取るコレクタタンク３１２がある。使用済み電解質は、穴３１４を介してコレクタタンク３１２を出て、後続の再使用のためにポンプ３１０が電解質タンク（複数可）（示さず）内に電解質を圧送する。金属空気電池１００を積載および搬出するために関節運動する機械式アーム３０８が、同様にストロングバック支持フレーム３０２に搭載される。ストロングバック支持フレーム３０２は、堅固な基部５００（図５Ａ参照）に搭載され得るが、鉄道機関車において等で、ガルバニエンジン３００にわたる機械的負荷を前部構造および後部構造に対して伝達するために補強され得る。プーリ２０２は平坦なディスク表面２０２ａを有する（図２参照）。電気ブラシ（図示せず）または液体金属を含む他のスリップリング技術が、主バスに対する電気の移動を容易にする。

【0017】

[0035]一実施形態において、プーリ２０２は、変圧器巻き線においてＡＣ電流を生成するための交互のブラシに電力を提供するパーティションを有する。図４Ｂを参照すると、電池４００からの高アンペア／低電圧ＡＣ電流は、変圧器コイル上の中央タップにルーティングされ、その後、高電圧／低アンペア出力にステップアップされる。機構４０２が、この運転中に電流の方向を連続的に変化させる。一実施形態において、これは、プーリ２０２において行われる。別の実施形態において、１つまたは複数の金属空気電池１００に接続されたさらなる機械式回転ブラシセットが使用される。

【0018】

[0036]図５Ａ～図５Ｃに示すように、新品の金属空気電池１００は、ストロングバック支持フレーム３０２に付加され得る。図５Ａにおいて、新品の金属空気電池１００は、動力軸２００に隣接して配置され、それにより、機械式アーム３０８は金属空気電池１００を固定する。図５Ｂにおいて、機械式アーム３０８は、金属空気電池１００を持ち上げて、動力軸２００と整列させ、それにより、アノードカソードディスクアセンブリ１０２の中央穴１１０は動力軸２００と整列する。整列は、例えば、機械式アーム３０８（図３参照）、ロボットアーム、フォークリフト、または他の同様な機器によって容易にされ得る。図５Ｃにおいて、新品の金属空気電池１００は、アノードカソードディスクアセンブリ１０２の各々が動力軸２００によって係合されるように、内方に移動される。図５Ａ～図５Ｃの実施形態において、２つの金属空気電池１００が示される。別の実施形態において、単一の金属空気電池１００が、各ストロングバック支持フレーム３０２のために使用される。金属空気電池１００がストロングバック支持フレーム３０２と係合すると、電力、液体、および空気接続が、アクセスポート１１２（図１参照）を使用して行われる。クイックカップリング接続が、アクセスポート１１２をストロングバック支持フレーム３０２に接続するために使用される。

【0019】

[0037]図６Ａ～図６Ｅを参照すると、使用済み金属空気電池１００は、ストロングバック支持フレーム３０２から取り外され得る。図６Ａにおいて、使用済み金属空気電池１００は、ストロングバック支持フレーム３０２と完全に係合されている。図６Ｂにおいて、金属空気電池１００は、機械式アーム３０８を使用して外方に移動され、それにより、アノードカソードディスクアセンブリ１０２の各々は、動力軸２００と係脱する。図６Ｃにおいて、機械式アーム３０８は、金属空気電池１００が動力軸２００ともはや整列しないように下がる。例えば、金属空気電池１００は、フォークリフトによるアクセスを可能にするために下げられ得る。付加的にまたは代替的に、復位は、例えば、ロボットアーム、フォークリフト、または他の同様な機器によって容易にされ得る。図６Ｄにおいて、機械式アーム３０８は、持ち上げられ後退され、ストロングバック支持フレーム３０２内のそれらの元々の位置に戻る。図６Ｅにおいて、１つの金属空気電池１００は、新品の金属空気電池１００がここでその場所に付加され得る（図５Ａ～図５Ｃ参照）ように取り外されている。金属空気電池１００は、再使用可能であり、アノードのみが運転中に消費される。

【0020】

[0038]図７および図８は、回転アノードディスク７００（例えば、アルミニウムアノード）およびカソードディスク７０２、７０４の対を備える単一のアノードカソードディスクアセンブリ１０２を示す。

【0021】

[0039]図９Ａおよび図９Ｂは、回転アノードディスク７００を示す。各回転アノードディスク７００は、動力軸２００の回転が回転アノードディスク７００を回転させるように、動力軸２００と嵌合するように割り出されたキー付き穴９００（例えば、十字形キー付き穴）を有する。キー付き穴９００は、非円形である。

【0022】

[0040]回転アノードディスク７００の外周の周りに、中央のキー付き穴９００における対応する点に対して位置合わせされたノッチ９０２（例えば、４つの半円形ノッチ）がある。ノッチ９０２は、単一のハウジング１０４における複数の回転アノードディスク７００の位置合わせを可能にするため、動力軸２２０は、一度に複数の回転アノードディスク７００内に摺動し、それらを積載することができる。複数の回転アノードディスク７００は、動力軸２００に平行な横方向１０００（図１０参照）に自由に移動することができる。

【0023】

[0041]各回転アノードディスク７００は、回転アノードディスク７００の中央円形穴内に埋め込まれた中央電気伝導性ディスク９０４（例えば、真ちゅう導体ディスク）を有する。中央電気伝導性ディスク９０４はキー付き穴９００を提供する。製造中に、中央電気伝導性ディスク９０４は、熱収縮（例えば、液体窒素での冷却）によって縮小する。回転アノードディスク７００の中央穴は、熱膨張（例えば、適切な温度への加熱）によって拡大される。縮小した中央電気伝導性ディスク９０４は、その後、回転アノードディスク７００の拡大した中央穴内に配置される。冷却された中央電気伝導性ディスク９０４および加熱された回転アノードディスク７００は共に、室温に戻ることを許容される。冷却するときの回転アノードディスク７００内の穴のサイズの減少と共に、温まるときの中央電気伝導性ディスク９０４のサイズの増加によって、低電気抵抗のための、回転アノードディスク７００と中央電気伝導性ディスク９０４との間の高伝導性接合を提供する。金属空気電池１００の高出力のため、高伝導性接合は非常に望ましい。

【0024】

[0042]図１１を参照すると、カソードディスク７０２、７０４の対は、第１のカソードディスク１１００および第２のカソードディスク１１０２からなる。アクチュエータ１１０４は、第１のカソードディスク１１００と第２のカソードディスク１００２の両方に接続され、それにより、アクチュエータ１１０４の作動によって、第２のカソードディスク１１０２を、第１のカソードディスク１１００に対して動力軸２００に沿って長手方向に移動させる。こうして、第１のカソードディスク１１００と第２のカソードディスク１１０２との間の間隙は、アクチュエータの作動を通して制御される。回転アノードディスク７００は、第１のカソードディスク１１００と第２のカソードディスク１１０２との間に配設される。回転アノードディスク７００が消費によって薄くなるにつれて、間隙は、相応して調整され得る。回転アノードディスク７００が金属空気電池１００の積載および搬出中に固定されるように、間隙は、ゼロまでも減少され得る。間隙は、使用済み回転アノードディスク７００と新品のディスクとの置き換えを容易にするために拡張されてもよい。図１１の実施形態において、カソードディスク７０２、７０４の各対の対向側面に２つのアクチュエータ１１０４が存在する。各カソードディスク内の中央穴は円形であり、動力軸２００に対してキー付きでない。

【0025】

[0043]一実施形態において、第１のカソードディスク１１００は、ハウジング１０４に固定して接続される定置型カソードディスクであり、長手方向移動は存在しない。そのような実施形態において、第２のカソードディスク１１０２は、第１のカソードディスク１１００に可動に接続される可動型カソードディスクであり、長手方向移動は許可される。そのような実施形態において、アクチュエータ１１０４は、ハウジングと第１のカソードディスク１１００の両方に固定して接続され得る。

【0026】

[0044]アクチュエータ１１０４は、ハウジング１０４のアクセスポート１１２（図１参照）に接続され、それにより、液体（例えば、電解質）、気体（例えば、空気および／または酸素）を受け取り、金属空気電池１００内で電力を伝達する。アクチュエータ１１０４は、第１のカソードディスク１１００から第２のカソードディスク１１０２へ液体、気体、および電気を流す通路を提供する。

【0027】

[0045]図１２Ａ～図１２Ｃは、アクチュエータ１１０４の一実施形態を示す。アクチュエータ１１０４は、Ｕ形である２つの液圧アーム１２０２を有する中空シリンダ１２００を備える。ポート１２０４への作動流体の導入は、係合プランジャ１２０６によって液圧アーム１２０２を外方向に移動させる。これによって、カソードディスクを離れさせる。対照的に、ポート１２０６への作動流体の導入は、反対方向にプランジャ１２０６と係合する。これによって、カソードディスクを近付かせる。

【0028】

[0046]図１３Ａおよび図１３Ｂを参照すると、カソード表面１３００が示される。カソード表面１３００は、第１のカソードディスク１１００と第２のカソードディスク１１０２の両方において使用され、回転アノードディスク７００と対面する。カソード表面１３００は、それぞれのカソードディスクと回転アノードディスク７００との間に電解質を注入するノズル１３０２を有する。ノズル１３０２は、カソード表面１３００上の浅い窪み１３０４（例えば、流路）内に配設される。ノズル１３０２は、アクセスポート１１２に流体接続される。窪みは、電解質の均等な分布を容易にするために多くの形状のものであり得る。各アノードカソードディスクアセンブリ１０２は、異なる動力需要を容易にするために、電解質を独立にオンまたはオフさせることができる。

【0029】

[0047]運転中に、電解質は、遠心作用によって回転アノードディスク７００から離れて放出され、その後、コレクタタンク３１２に落ちる。

【0030】

[0048]特定のアノードカソードディスクアセンブリ１０２の運転を止めるために、電解質ではなく空気がノズル１３０２を通して注入される。通常運転中、回転アノードディスク７００は、回転アノードディスク７００の均等な腐食をもたらし、回転アノードディスク７００全体およびカソードディスク７０２、７０４の対を浸漬させるために間隙間に電解質を拡散させる水力学的作用を生成するために、比較的遅い速度（例えば、１０～３０ｒｐｍ）で回転する。この液体スラスト軸受けは、隣接するディスク間に一定距離（例えば、約４ｍｍ）、したがって、一定の電気抵抗を提供する。

【0031】

[0049]空気ジェットノズルと共に、この低速において、回転アノードディスク７００は、約１５秒以内に乾燥することができ、再び必要とされるまで、回転アノードディスク７００を不活性にする。主エンジンシャットダウン中に、全ての回転アノードディスク７００は、ノズル１３０２を通して空気を加えながら、数百ｒｐｍ（例えば、２００～５００ｒｐｍ）で回転する。これは、長期格納のために全体乾燥をもたらす。

【0032】

[0050]ガルバニエンジン３００は、特定の用途のために所望の動力を提供するために直列および／または並列に配列され得る。船舶エンジンの場合、複数のレベルまたは階層のガルバニエンジン３００が、船舶または小都市を運転するために２０，０００ＨＰを超える量を提供することができる。必要に応じて動力を増加させるために、増加したシリンダが付加され得る。

【0033】

[0051]図１４は、６つのガルバニエンジン３００（そのうちの３つが見える）を有する発電所１４００を示す。ユーティリティ室１４０２が、ガルバニエンジンに隣接する。

【0034】

[0052]図１５は、発電プラントの複数のフロア上に積み重ねられるガルバニエンジンの３つのアレイを示す。これらのガルバニエンジンの各々は、直列および／または並列に配列され得る。

【0035】

[0053]図１６Ａおよび図１６Ｂは、６つのガルバニエンジン３００（そのうちの３つが見える）を有する列車を示す。

【0036】

[0054]この書面の説明は、最良の態様を含めて本発明を開示するために、また同様に、任意のデバイスまたはシステムを作り使用することおよび組み込まれた任意の方法を実施することを含めて、当業者が本発明を実施することを可能にするために例を使用する。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が思い付く他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合、または、特許請求の範囲の文言との重要でない差を有する等価な構造的要素を有する場合、特許請求の範囲の範囲内にあることを意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図6E】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図】

【図】

【図14】

【図15】

【図16A】

【図16B】

【手続補正書】

【提出日】2023-08-18

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

開口に配設されたキー付き動力軸を伴う前記開口を備えるハウジングと、
前記ハウジング内に配設された複数のアノードカソードディスクアセンブリであって、各アノードカソードディスクアセンブリは、
第１のカソードディスクであり、前記キー付き動力軸が、前記第１のカソードディスクの第１の円形穴内に配設される、第１のカソードディスク、
第２のカソードディスクであり、前記キー付き動力軸が、前記第２のカソードディスクの第２の円形穴内に配設される、第２のカソードディスク、
前記第１のカソードディスクおよび前記第２のカソードディスクの両方に直接接続されたアクチュエータであり、前記第１のカソードディスクと前記第２のカソードディスクとの間の間隙の大きさを変更するように構成された、アクチュエータ、および、
前記第１のカソードディスクと前記第２のカソードディスクとの間に配設された回転アノードディスクであり、前記キー付き動力軸が、前記キー付き動力軸の回転が前記回転アノードディスクを回転させるように、前記回転アノードディスクのキー付き穴内に配設され、前記キー付き穴は、非円形である、回転アノードディスク
を備える、複数のアノードカソードディスクアセンブリと
を備え、
前記ハウジングは、前記複数のアノードカソードディスクアセンブリに液体、気体、または電気接続を提供するように構成された、少なくとも１つのアクセスポートをさらに備える、
金属空気電池。

【請求項2】

前記第１のカソードディスクおよび前記第２のカソードディスクは各々、前記回転アノードディスクと対面するそれぞれのカソード表面を備え、前記カソード表面の各々は、液体電解質がノズルを通して各それぞれのカソード表面と前記回転アノードディスクとの間に注入されると、液体スラスト軸受けが形成されるように、前記少なくとも１つのアクセスポートに流体接続する前記ノズルを備える、請求項１に記載の金属空気電池。

【請求項3】

前記キー付き動力軸は、十字形キー付き動力軸である、請求項１に記載の金属空気電池。

【請求項4】

前記キー付き穴は、十字形キー付き穴である、請求項３に記載の金属空気電池。

【請求項5】

前記回転アノードディスクは、少なくとも１つのノッチを有する外周を有する、請求項１に記載の金属空気電池。

【請求項6】

前記回転アノードディスクは中央円形穴を備え、電気伝導性ディスクが前記中央円形穴内に配設され、前記キー付き穴は前記電気伝導性ディスクに配設され、前記回転アノードディスクおよび前記電気伝導性ディスクは２つの異なる金属である、請求項１に記載の金属空気電池。

【請求項7】

前記回転アノードディスクはアルミニウムであり、前記電気伝導性ディスクは真ちゅうである、請求項６に記載の金属空気電池。

【請求項8】

前記キー付き動力軸は、平坦なディスク表面を有するプーリをさらに備える、請求項１に記載の金属空気電池。

【請求項9】

ストロングバック支持フレームおよび請求項１に記載の金属空気電池を備え、前記金属空気電池が、前記ストロングバック支持フレームに取り外し可能に取り付けられる、金属空気電池システム。

【請求項10】

前記金属空気電池が、機械式アームによって前記ストロングバック支持フレームに取り外し可能に取り付けられる、請求項９に記載の金属空気電池システム。

【請求項11】

各々請求項１に記載の第１の金属空気電池および第２の金属空気電池を備える、金属空気ガルバニエンジンであって、
前記キー付き動力軸は、前記キー付き動力軸の近位端および遠位端を備え、前記近位端は前記第１の金属空気電池に配設され、前記遠位端は前記第２の金属空気電池に配設される、
金属空気ガルバニエンジン。

【請求項12】

ストロングバック支持フレームをさらに備え、
前記第１の金属空気電池および前記第２の金属空気電池は各々、前記ストロングバック支持フレームに取り外し可能に取り付けられる、
請求項１１に記載の金属空気ガルバニエンジン。

【請求項13】

前記第１の金属空気電池および前記第２の金属空気電池は各々、それぞれ第１の機械式アームおよび第２の機械式アームによって、前記ストロングバック支持フレームに取り外し可能に取り付けられる、請求項１２に記載の金属空気ガルバニエンジン。

【請求項14】

前記キー付き動力軸を回転させる駆動モーターをさらに備える、請求項１１に記載の金属空気ガルバニエンジン。

【請求項15】

前記駆動モーターは、前記ストロングバック支持フレームに搭載される、請求項１４に記載の金属空気ガルバニエンジン。

【請求項16】

金属空気ガルバニエンジンのアレイであって、複数の請求項１１に記載の金属空気ガルバニエンジンを備える、金属空気ガルバニエンジンのアレイ。

【請求項17】

開口に配設されたキー付き動力軸を伴う前記開口を備えるハウジングと、
前記ハウジング内に配設された複数のアノードカソードディスクアセンブリであって、各アノードカソードディスクアセンブリは、
第１のカソードディスクであり、前記キー付き動力軸が、前記第１のカソードディスクの第１の円形穴内に配設され、前記第１のカソードディスクは、前記ハウジングに対して固定して接続される、第１のカソードディスク、
第２のカソードディスクであり、前記キー付き動力軸が、前記第２のカソードディスクの第２の円形穴内に配設される、第２のカソードディスク、
前記第１のカソードディスクおよび前記第２のカソードディスクの両方に直接接続されたアクチュエータであり、前記第１のカソードディスクと前記第２のカソードディスクとの間の間隙の大きさを変更するように構成された、アクチュエータ、および、
前記第１のカソードディスクと前記第２のカソードディスクとの間に配設された回転アノードディスクであり、前記キー付き動力軸が、前記キー付き動力軸の回転が前記回転アノードディスクを回転させるように、前記回転アノードディスクのキー付き穴内に配設され、前記キー付き穴は、非円形である、回転アノードディスク
を備える、複数のアノードカソードディスクアセンブリと
を備え、
前記ハウジングは、前記複数のアノードカソードディスクアセンブリに液体、気体、または電気接続を提供するように構成された、少なくとも１つのアクセスポートをさらに備える、
金属空気電池。

【請求項18】

前記第１のカソードディスクおよび前記第２のカソードディスクは各々、前記回転アノードディスクと対面するそれぞれのカソード表面を備え、前記カソード表面の各々は、液体電解質がノズルを通して各それぞれのカソード表面と前記回転アノードディスクとの間に注入されると、液体スラスト軸受けが形成されるように、前記少なくとも１つのアクセスポートに流体接続する前記ノズルを備える、請求項１７に記載の金属空気電池。

【請求項19】

開口に配設された動力軸を伴う前記開口を備えるハウジングと、
前記ハウジング内に配設された複数のアノードカソードディスクアセンブリであって、各アノードカソードディスクアセンブリは、
第１のカソードディスクであり、前記動力軸が、前記第１のカソードディスクの第１の円形穴内に配設される、第１のカソードディスク、
第２のカソードディスクであり、前記動力軸が、前記第２のカソードディスクの第２の円形穴内に配設される、第２のカソードディスク、
前記第１のカソードディスクおよび前記第２のカソードディスクの両方に直接接続されたアクチュエータであり、前記第１のカソードディスクと前記第２のカソードディスクとの間の間隙の大きさを変更するように構成された、アクチュエータ、および、
前記第１のカソードディスクと前記第２のカソードディスクとの間に配設された回転アノードディスクであり、前記動力軸が、前記動力軸の回転が前記第１のカソードディスクまたは前記第２のカソードディスクを回転させずに前記回転アノードディスクを回転させるように、前記回転アノードディスクの穴内に配設され、前記回転アノードディスクに係合する、回転アノードディスク
を備える、複数のアノードカソードディスクアセンブリと
を備え、
前記ハウジングは、前記複数のアノードカソードディスクアセンブリに液体、気体、または電気接続を提供するように構成された、少なくとも１つのアクセスポートをさらに備える、
金属空気電池。

【請求項20】

前記第１のカソードディスクおよび前記第２のカソードディスクは各々、前記回転アノードディスクと対面するそれぞれのカソード表面を備え、前記カソード表面の各々は、液体電解質がノズルを通して各それぞれのカソード表面と前記回転アノードディスクとの間に注入されると、液体スラスト軸受けが形成されるように、前記少なくとも１つのアクセスポートに流体接続する前記ノズルを備える、請求項１９に記載の金属空気電池。

【国際調査報告】