JP2010177152A - 鉛蓄電池用極板の製造方法および鉛蓄電池用極板の乾燥装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉛蓄電池用極板の熟成乾燥工程に先立って行なわれる予備的な乾燥工程において直接的および／あるいは間接的に発生する二酸化炭素ガスの発生量を削減すること。
【解決手段】前記した予備乾燥工程において、極板をベルトコンベア等の搬送手段に載置しつつ、乾燥室内を通過させ、乾燥室内で、前記極板に赤外線を照射して乾燥を行なうとともに、極板の搬送の進行に従って、極板が水平面に対して上方もしくは下方に移動するよう、極板を水平面に対して傾斜角θで傾斜した搬送経路に沿って乾燥室内を通過させる。乾燥室内を傾斜させることにより、対流による空気流が発生するため、乾燥室内の水分排出が、強制送風ファンを用いることなく実施でき、強制送風に必要な、電力が削減でき、二酸化炭素ガス排出量削減効果を得る。
【選択図】図２

Description

本発明は鉛蓄電池用極板の製造方法、ならびに鉛蓄電池用極板の乾燥装置に関する。

鉛蓄電池に用いる極板の製造工程は、主に以下の工程からなる。

（１）格子製造工程
鉛、もしくはアンチモン、スズ、カルシウム等の所定組成の合金成分を含有した鉛合金から格子体を成型する。鋳造法やエキスパンド法により形成される。

（２）ペースト練合工程
最終的に電池活物質に転化する活物質ペーストを製造する工程であり、鉛酸化物や金属鉛粉を含む原料鉛粉にリグニン、カーボン、硫酸バリウム、スズ化合物等の添加剤を投入し、水もしくは希硫酸を投入して練合、あるいは水練合と希硫酸練合を段階的に行って活物質ペーストを製造する。

（３）ペースト充填工程
格子製造工程で得た格子体にペースト練合工程で得た活物質ペーストの所定量を充填する。

（４）予備的な乾燥工程
活物質ペーストを熟成乾燥するに先立って、活物質ペースト中の水分量を熟成乾燥に適した量に調整するとともに、活物質ペースト中に過剰に含まれる水分を除去して、熟成乾燥に適した水分量に調整するとともに、熟成乾燥中に極板同士が固着することを防止する目的で、予備的な乾燥を行う。

（５）熟成乾燥工程
活物質ペースト中に含まれる硫酸鉛、金属鉛、酸化鉛を化成に適した塩基性硫酸鉛に転化するための工程。４０〜８５℃の加温加湿雰囲気で行われる熟成と、熟成終了後に残存する水を除去するための乾燥工程からなる。

前記した（４）の予備的乾燥工程として種々の手法が提案されている。例えば、特許文献１には、熟成乾燥炉を昇温部と定温部および降温部に区画することにより、極板の急激な温度上昇を抑制して、格子体／活物質界面の密着性低下および極板板表面の微小クラックを抑制すること、また、定温部に熱風がファンにより供給され、定温部の温度が所定温度に加熱することが示されている。

この特許文献１における乾燥用の加熱された空気を発生させるにあたり、燃焼室を用いること、すなわち、何らかの燃料を燃焼させて加熱された空気を発生すること、また、乾燥炉内を加熱するには、ハロゲンヒーターなど極板を加熱・乾燥し得るものであれば何でも良いことが示されている。

また、特許文献２には、極板を予備的乾燥するにあたり、極板に遠赤外線を照射するとともに、蒸発水分を多く含んだ空気が乾燥室内に滞留して、乾燥速度が低下すること、また、この乾燥速度の低下を抑制するために、乾燥室内に温風を供給することによって、乾燥室内の蒸発水分を多く含んだ空気を、温風を置換することが示されている。
特開２００６−２２１９６２号公報 特開２００７−２１３８９８号公報

一方、近年、地球温暖化防止のため、温室効果ガス、特に二酸化炭素ガス排出削減の取組みがなされている。鉛蓄電池製造業者においても同様であるが、特に、鉛蓄電池を製造する工程は、加熱（鉛合金の溶融、溶接）、乾燥（鉛蓄電池極板の予備乾燥、熟成乾燥）、通電（セル間の抵抗溶接、化成充電）といったエネルギーを大量に消費する工程が多い。

この点で、特許文献２で本発明の発明者が提案した手法は、乾燥用の温風を供給するにあたり、燃料ガスを燃焼する際に、直接的に二酸化炭素ガスが排出される。また、遠赤外線ヒータによる乾燥は、直接的には二酸化炭素ガスを排出しないものの、電力を使用している。そして、日本国内における電力供給は、その６０％程度を火力発電に依存していることから、電力の使用は、直接的に二酸化炭素ガスを排出しないまでも、間接的に二酸化炭素ガスを排出していることなる。なお、使用電力量あたりのＣＯ２排出量は、１ｋＷｈ当り約４００ｇと言われている。

また、特許文献１の手法は、燃焼室や、温風を供給するためのファンを有しており、燃焼室から直接的に二酸化炭素ガスが排出されるとともに、ファンを駆動するための電力が必要である。

本発明は、昨今の二酸化炭素ガス排出削減の取組みに関連して、鉛蓄電池用極板の予備乾燥工程で直接的あるいは間接的に排出される二酸化炭素ガス量を削減することを目的とするものである。

前記した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、格子体に活物質ペーストを充填した未乾燥状態の極板を、熟成乾燥に先立って乾燥を行う鉛蓄電池用極板の製造方法であり、前記極板をベルトコンベア等の搬送手段に載置しつつ、乾燥室内を通過させ、前記乾燥室内で、前記極板に赤外線を照射して乾燥を行なうとともに、前記極板の搬送の進行に従って、前記極板が水平面に対して上方もしくは下方に移動するよう、前記極板を前記水平面に対して傾斜角θで傾斜した搬送経路に沿って前記乾燥室内を通過させることを特徴とする鉛蓄電池用極板の製造方法を示すものである。

また、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の鉛蓄電池用極板の製造方法において、前記傾斜角θの絶対値を２°以上としたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１〜２に記載の鉛蓄電池用極板の製造方法において、前記赤外線は、ピーク波長が０．７μｍ〜３．５μｍの赤外線を含むことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に係る発明は、格子体に活物質ペーストを充填した未乾燥状態の極板を熟成乾燥に先立って乾燥する鉛蓄電池用極板の乾燥装置であり、前記乾燥装置は極板に赤外線を照射する赤外線発生装置を有した乾燥室を備え、前記乾燥室の入口から出口まで前記極板を載置し搬送するベルトコンベア等の搬送手段を備え、前記搬送手段は、搬送の進行に従って、前記搬送手段上に積載された前記極板が上方もしくは下方のいずれか一方に移動するよう、水平線に対して傾斜角θを有して配置されたことを特徴とする鉛蓄電池用極板の乾燥装置を示すものである。

また、本発明の請求項５に係る発明は、請求項４に記載の鉛蓄電池用極板の乾燥装置において、前記傾斜角θの絶対値を２°以上としたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に係る発明は、請求項４〜５に記載の鉛蓄電池用極板の乾燥装置において、前記赤外線は、ピーク波長が０．７μｍ〜３．５μｍの赤外線を含むことを特徴とする。

前記した本発明の各請求項の構成によれば、鉛蓄電池用極板の熟成乾燥工程に先立つ、予備的な乾燥工程において、工程処理速度を損なうことなく、直接的および間接的に排出される二酸化炭素ガス量を顕著に削減することができる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態による鉛蓄電池極板の乾燥装置１の構成例とこれを用いた鉛蓄電池用極板の製造方法を、図１を用いて説明する。本発明の乾燥装置１はペースト充填済みの極板２を乾燥するための乾燥室６を有し、コンベア３等の搬送手段により、極板２を乾燥室６の始端から終端まで移動させる間に、極板２に充填された活物質ペーストからの水分の一部を乾燥除去する。なお、活物質ペーストとして、鉛蓄電池用の公知の活物質ペーストを用いることができる。

本実施形態では、乾燥室６内の極板２の移動経路内に、極板２の表面に、赤外線を照射する、赤外線ヒータ４を有するとともに、この赤外線ヒータ４に電力を供給する電力供給部７を有し、赤外線ヒータ４と電力供給部７で赤外線発生装置１０を構成する。

本発明において、赤外線ヒータ４が発生する赤外線としては、ピーク波長が０．７μｍ〜３．５μｍの赤外線を照射すること、より好ましくは、赤外線の波長を特に、２．５μｍ〜３．５μｍの領域とすることが好ましい。なお、一般的に波長０．７μｍ〜２．５μｍの電磁波は、近赤外線とよばれ、波長２．５μｍ〜４μｍの電磁波は、中赤外線と呼ばれている。

本発明では、ピーク波長が０．７μｍ〜３．５μｍの、近赤外線領域から、中赤外線領域の一部を含む波長領域の赤外光を極板２に照射することにより、極板２に充填された活物質ペースト中の水分が直接加熱され、極板２より蒸発除去される。一方、特許文献２で示した遠赤外線は、主として極板自体の発熱により、活物質ペースト中の水分が、間接的に蒸発除去される。したがって、本発明においては、極板２の乾燥に用いる赤外光として、より乾燥効率に優れた、近赤外線領域から、中赤外線領域にピークを含む赤外光を用いることが、好ましく、また、特に、２．５μｍ〜３．５μｍの波長領域は、水の乾燥効率に優れるため、より好ましい。このような構成により、乾燥に要する電力量を大幅に削減できる。（←よろしいでしょうか？ご確認下さい）。

上記したピーク波長の赤外線を発生するヒータは、各種市販されているため、その中から、適宜選択すればよい。例えば、発熱体としてタングステンフィラメントを用いた赤外線ヒータは、ピーク波長が０．７μｍ〜１．５μｍである。また、カンタル線（Ｆｅ−５．０〜６．０ｗｔ％Ａｌ−２０〜２５ｗｔ％Ｃｒ）を発熱体として用いた赤外線ヒータのピーク波長は２．５μｍである。

なお、ピーク波長を０．７〜３．５μｍの赤外光の中でも、特に、ピーク波長が０．７〜１．５μｍの近赤外線を発生する赤外線ヒータは、温度安定時間（通電開始から、ヒータ温度が安定するまでに要する時間）が１秒程度である一方、上記のような、ピーク波長が２．５μｍの中赤外領域にある赤外線ヒータの温度安定時間は約６０秒である。

一方、赤外線ヒータの温度安定時間という観点では、例えば、発熱体としてニクロム線やセラミックを用いた、ピーク波長が３．８μｍのものは、温度安定時間が通電後３分から６分と、極めて長く、この間の赤外線ヒータへの通電電力量は乾燥に寄与しないため、電力量に無駄が生じ、好ましくない。

一方、赤外線ヒータ４の温度が安定するまでの間は、当然のことながら、極板２の乾燥を行なうには好ましくないことは明らかであり、温度安定時間が長いほど、無駄に電力を消費することとなる。また、赤外線の波長が長くなるほど、温度安定時間が長くなる傾向があるため、使用電力量を削減するためには、温度安定時間がより短い、ピーク波長が０．７〜３．５μｍの領域にある、赤外線ヒータを用いることがより好ましい。

また、乾燥室６の内壁に反射鏡を配置すれば、極板２の表裏を均一に乾燥できるため、さらに好ましい。なお、乾燥室６の極板２の搬入側と搬出側に、水分量センサ５，５′を配置し、搬出側の水分量によって、赤外線発生装置１０の出力を制御する、制御部８を配置することにより、乾燥による水分乾燥量を制御することができることもできる。また、より簡便には、水分量センサ５，５′に加えて、同位置に温度センサを配置し、２つの温度センサで検出した極板２の温度差を検知し、この温度差より極板２の乾燥状態を推定し、制御部８により、赤外線発生装置１０の出力を制御することもできる。

本発明において、最も特徴とするところは、極板２のコンベア３で搬送するに従って、進行に従って、極板が水平に対して上方もしくは下方に移動するよう、極板２を水平面に対して傾斜角θで傾斜した搬送経路に沿って乾燥室６の内部を通過させることにある。

なお、本実施形態では、図１に示したように、搬送経路すなわち、コンベア３は、極板搬送方向に対してθが正の値をとる傾斜が設けられている。

図１に示したように、極板２の搬送経路を傾斜させることによって、極板２の乾燥室６への搬入口より搬出口への空気流が生じる。この空気流は、赤外線によって加熱された極板２によって、極板２の周囲の空気が加熱され、上方に移動することによって生じるものである。このような空気流は水蒸気を多く含んだ空気を乾燥室６より排出するため、極板２の乾燥効率が高まり、赤外線発生装置１０の消費電力を低減することができる。なお、図１に示した例では、搬出口からの空気の排出とともに、極板２の搬入口より空気が取り込まれる。

また、本発明では、ファン等によって強制的に空気を攪拌排出するのではなく、対流を利用して行なうため、ファン等の強制的な送風手段は不要、もしくは用いたとしても小容量のものでよいので、ファン用の使用電力が不要若しくは大幅に削減される。これにより、鉛蓄電池製造における電力消費による間接的な二酸化炭素ガス排出量を大幅に削減できるという、顕著な効果を奏する。

その効果としては、一例として、θ＝０°とした従来の乾燥装置あるいは製造方法に要していた所要電力量を１００％とすると、θ＝３°とした場合、強制送風ファンの使用電力量が削減できるため、所要電力量が８７．６％となり、１２．４％の電力削減が可能となるという顕著な効果を奏する。

なお、傾斜角θとしては、図１に示したように、正の値とする場合には、θを２°以上とすることが、本発明の効果を得る上で好ましい。なお、本発明では、θの上限を定めないが、θを正の方向に大にするにしたがって、極板２が搬送手段であるコンベア３から脱落したり、あるいは脱落しないまでもコンベア３上で滑りが生じることにより、位置がずれ、後の極板集積工程で問題を生じるため、θは、少なくともコンベア３上で極板２の位置ずれが生じない範囲で決定すべきであることはいうまでもない。例えば、θの上限値を３０°とすることができる。

（第２の実施形態）
図２に第２の実施形態による乾燥装置１′を示す。前記した第１の実施形態による乾燥装置１と異なる点は、極板２の搬送経路（コンベア３）が、極板２の搬入口から搬出口に向かって、水平面に対して次第に下方に移動するよう、傾斜している点にのみあり、その他の点については、第１の実施形態と異なるところはない。水平面を０°とした場合、第２の実施形態における傾斜角θは負の値となり、傾斜角θは−２°以下、すなわち、傾斜角の絶対値を２°以上とすることにより、前記した第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

第２の実施形態においては、第１の実施形態とは異なり、空気流の方向と極板２の搬送方向とが逆になるため、極板２に対する空気流の相対速度が第１の実施形態より大となるため、乾燥効率により優れ、好ましい。第２の実施形態における本発明の効果の程度は、一例として、θ＝０°とした従来の乾燥装置あるいは製造方法に要していた所要電力量を１００％とすると、θ＝−３°とした場合、強制送風ファンの使用電力が不要となるため、所要電力量が８４．６％に削減されることから、１５．４％の電力削減が可能となるという、より顕著な効果を奏する。

なお、第２の実施形態において、θの下限値は、第１の実施形態と同様、用いるコンベア３と極板２との摩擦係数によって決定され、コンベア３から極板２が滑らない程度に制限すべきであり、例えば、−３０°以上とする。

すなわち、第１の実施形態と第２の実施形態とを併せて考慮した場合、θの絶対値である｜θ｜は２°以上とすることが好ましく、その上限として、例えば３０°以下とすることができる。

なお、第１の実施形態および第２の実施形態ともに、乾燥室６の少なくとも上壁６ａ、好ましくは、上壁６ａおよび下壁６ｂが搬送経路であるコンベア３とほぼ平行となるよう傾斜を設けることにより、加熱された空気流が、より排出されやすくなり、本発明の効果をより顕著に得ることができる。

本発明は、様々な用途に用いられる鉛蓄電池の極板製造に極めて好適である。

本発明の第１の実施形態による鉛蓄電池用極板の乾燥装置を示す図 本発明の第２の実施形態による他の鉛蓄電池用極板の乾燥装置を示す図

１，１′乾燥装置
２ 極板
３ コンベア
４ 赤外線ヒータ
５，５′水分量センサ
６ 乾燥室
６ａ 上壁
６ｂ 下壁
７ 電力供給部
８ 制御部
１０ 赤外線発生装置

Claims (6)

1. 格子体に活物質ペーストを充填した未乾燥状態の極板を、熟成乾燥に先立って乾燥を行う鉛蓄電池用極板の製造方法であり、
   前記極板をベルトコンベア等の搬送手段に載置しつつ、乾燥室内を通過させ、
   前記乾燥室内で、前記極板に赤外線を照射して乾燥を行なうとともに、
   前記極板の搬送の進行に従って、前記極板が水平面に対して上方もしくは下方に移動するよう、前記極板を前記水平面に対して傾斜角θで傾斜した搬送経路に沿って前記乾燥室内を通過させることを特徴とする鉛蓄電池用極板の製造方法。
2. 前記傾斜角θの絶対値を２°以上としたことを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池用極板の製造方法。
3. 前記赤外線は、ピーク波長が０．７μｍ〜３．５μｍの赤外線を含む請求項１〜２に記載の鉛蓄電池用極板の製造方法。
4. 格子体に活物質ペーストを充填した未乾燥状態の極板を熟成乾燥に先立って乾燥する鉛蓄電池用極板の乾燥装置であり、
   前記乾燥装置は極板に赤外線を照射する赤外線発生装置を有した乾燥室を備え、
   前記乾燥室の入口から出口まで前記極板を載置し搬送するベルトコンベア等の搬送手段を備え、
   前記搬送手段は、搬送の進行に従って、前記搬送手段上に積載された前記極板が上方もしくは下方のいずれか一方に移動するよう、水平線に対して傾斜角θを有して配置されたことを特徴とする鉛蓄電池用極板の乾燥装置。
5. 前記傾斜角θの絶対値を２°以上としたことを特徴とする請求項４に記載の鉛蓄電池用極板の乾燥装置。
6. 前記赤外線は、ピーク波長が０．７μｍ〜３．５μｍの赤外線を含む請求項４〜５に記載の鉛蓄電池用極板の乾燥装置。

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