JP6502541B1

JP6502541B1 - バッテリ用の精製水の製造方法及びバッテリ用の精製水の製造装置

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Publication number: JP6502541B1
Application number: JP2018025534A
Authority: JP
Inventors: 忠行今中; 竹本　正; 正竹本
Original assignee: IIB INC.
Current assignee: IIB INC.
Priority date: 2018-02-16
Filing date: 2018-02-16
Publication date: 2019-04-17
Anticipated expiration: 2038-02-16
Also published as: JP2019145222A

Abstract

【課題】容易な製造方法及び製造装置によって、バッテリ機能を長時間維持可能なバッテリ用の精製水を製造する製造方法及びその製造装置を提供する。【解決手段】水Ｗに酸素を供給することにより酸素のナノバブルを生じさせ、光触媒の存在下において、酸素のナノバブルを含む水Ｗに紫外線を照射することにより、水Ｗをアルカリ化し、アルカリ化した水Ｗを逆浸透膜１４により処理するバッテリ用の精製水の製造方法及びこの製造方法を用いたバッテリ用の精製水の製造装置１０である。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車、作業車両、船舶等に使用されるバッテリに供給されるバッテリ用の精製水の製造方法及びその製造方法を用いたバッテリ用の精製水の製造装置に関する。

従来、自動車、作業車両、船舶等においては、鉛を用いたバッテリ（鉛バッテリ）が使用されている。このような鉛バッテリにおいては、放電時には、結晶化した硫酸鉛（ＰｂＳＯ_４）が電極に付着し、充電時には、その電極に付着した硫酸鉛が電解液に溶け込むというサイクルを繰り返している。

しかしながら、長期間放置された（自己放電状態の）バッテリ、或いは長期間充電と放電とが繰り返されたバッテリは、結晶化（サルフェーション）した硫酸鉛が電極に付着して硬質化し、充電を行っても電解液に溶け込まない場合があり、結果的に充電不能な状態となる。

そこで、バッテリを長期間使用可能とするバッテリ用の精製水（バッテリ液）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に示すバッテリ液は、海水を原料に精製された硫酸イオン水及び石炭を原料とするマイクロカーボン粒子を含むものである。特許文献１に示すバッテリ液においては、海水を原料に精製された硫酸イオン水が、電極に付着する硫酸鉛の結晶化を抑え、バッテリ機能を長時間維持できるようにしている。

特開２００７−３３５３２２号公報

しかしながら、特許文献１の精製水は、上記硫酸イオン水が、極低温の環境下で遠心分離により塩素イオンを除去した後に製造されるとともに、マイクロカーボン粒子を含む水を混合して製造されるため、その製造方法及び製造装置が複雑である。

そこで、本発明は、容易な製造方法及び製造装置によって、バッテリ機能を長時間維持可能なバッテリ用の精製水を製造する製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。

本発明のバッテリに供給する精製水の製造方法は、前記精製水の原水に酸素を供給することにより酸素のナノバブルを生じさせ、光触媒の存在下において、前記酸素のナノバブルを含む原水に紫外線を照射することにより、前記原水をアルカリ化し、アルカリ化した前記原水を逆浸透膜により処理する方法である。

本発明のバッテリに供給する精製水の製造装置は、前記精製水の原水に酸素を供給することにより酸素のナノバブルを発生するナノバブル発生手段と、光触媒の存在下において、前記ナノバブル発生手段により発生した酸素のナノバブルを含む原水に紫外線を照射する紫外線照射手段と、前記紫外線照射手段によりアルカリ化した前記原水を処理する逆浸透膜と、を備えるものである。

本発明によれば、光触媒の存在下において、酸素のナノバブルを含む原水に紫外線を単に照射し、その紫外線を照射した水を逆浸透膜に通すのみでバッテリ機能を長時間維持可能なバッテリ用の精製水を製造することができることから、容易な製造方法及び製造装置により、バッテリ機能を長時間維持可能なバッテリ用の精製水を製造することができる。

本発明に係る精製水の製造方法により精製水の製造を行う製造装置の概略構成を示す模式図である。

まず、本発明に係る精製水の製造方法及びその製造装置について説明する。

図１に示すように、本発明に係る精製水の製造方法により、バッテリ用の精製水を製造する製造装置１０は、原水である水Ｗを収容する貯水タンク１１と、貯水タンク１１に収容される水Ｗに酸素を供給することにより酸素のナノバブルを発生するナノバブル発生装置１２（「ナノバブル発生手段」の一例）と、光触媒の存在下において、水Ｗに紫外線を照射する光触媒装置１３（「紫外線照射手段」の一例）と、光触媒装置１３により処理した水Ｗを処理する逆浸透膜１４と、を備える。

貯水タンク１１には、外部の供給源（図示せず）から供給される水Ｗが所定量収容されている。貯水タンク１１に収容される水Ｗは、バッテリ用の精製水に使用可能な水であれば良く、例えば、水道水が挙げられる。

ナノバブル発生装置１２は、超微細孔式のナノバブル発生装置である。ナノバブル発生装置１２は、酸素ボンベ等の酸素供給源１５に接続され、酸素供給源１５から供給される酸素に基づいて、貯水タンク１１内において酸素のナノバブルを発生させる。

ナノバブル発生装置１２は、酸素の気層（気泡）を噴出する酸素噴出部分と、貯水タンク１１中の水Ｗを噴出する水噴出部分と、を備える。ナノバブル発生装置１２においては、上記酸素噴出部分及び上記水噴出部分を貯水タンク１１内に投入する。

上記酸素噴出部分には、ナノレベルの微細孔を有する特殊セラミックフィルターが設けられ、当該微細孔から酸素の気層（気泡）が噴出させる。また、上記水噴射部分は、貯水タンク１１中の水Ｗを、上記特殊セラミックフィルターに噴射することで、上記特殊セラミックフィルターの表面を水Ｗの液流で流す。

ナノバブル発生装置１２においては、上記特殊セラミックフィルターの微細孔の境界に貯水タンク１１中の水Ｗの液流を与えることにより、上記酸素噴出部分（微細孔）より噴出された酸素の気層（気泡）が微細に切断される。そして、切断された酸素の気層（気泡）が貯水タンク１１中の水Ｗの表面張力により圧縮されることで酸素のナノバブル（超微細気泡）が生じる。なお、ナノバブル発生装置１２は、超微細孔式のものに限定されるものではなく、酸素のナノバブルを発生可能な装置であれば、他の公知なナノバブル発生装置であっても構わない。

光触媒装置１３は、水Ｗに紫外線を照射するためのＵＶランプ１６と、光触媒を内部に備えた反応管１７と、を備える。ＵＶランプ１６は、反応管１７の周辺に配置され、反応管１７に向けて紫外線を照射する。

反応管１７は、紫外線が透過可能な管状の容器であり、その内部を水Ｗが通過可能に構成されている。また、反応管１７の内部に備えられる光触媒は、所定の温度で溶かした酸化触媒（例えば、酸化チタン［ＴｉＯ_２］）を人工ゼオライトに貼付し、冷却して固定付着させたものである。

光触媒装置１３においては、光触媒を充填させた反応管１７の内部に水Ｗが所定の流量で供給されるとともに、反応管１７内を通過する水Ｗに対して紫外線が照射される。そして、光触媒装置１３を通過した水Ｗを、循環ポンプ１８によって再度貯水タンク１１に戻して、所定時間、貯水タンク１１と、光触媒装置１３との間を循環させる。また、貯水タンク１１と、光触媒装置１３との間を循環させる水Ｗには、ナノバブル発生装置１２により発生する酸素のナノバブルを供給し続ける。

所定時間、貯水タンク１１と、光触媒装置１３との間を循環させた水Ｗは、逆浸透膜１４を通過させることによりイオン或いは塩類等の不純物が除去される。逆浸透膜１４を通過させた水Ｗは、バッテリ用の精製水Ｗとして精製貯水タンク１９に収容される。なお、精製水Ｗの一部は、濃縮水として精製貯水タンク１９外に廃水される。

製造装置１０においては、水Ｗを光触媒装置１３に供給して、紫外線を光触媒の存在下で照射させることにより、水Ｗを弱アルカリ性にシフトさせる（アルカリ化する）。詳しくは、水Ｗを光触媒装置１３に供給して、紫外線を光触媒の存在下で照射させることにより、水Ｗ中の溶存酸素がオゾンに変化する。そして、変化したオゾンが水Ｗに対して酸化剤として働くことにより、反応式（１）に示す反応が起こる。
Ｏ_２＋Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻→Ｏ_２＋２ＯＨ⁻ （１）

反応式（１）に示す反応が起こることにより、水Ｗが弱アルカリ性にシフトする。そして、アルカリ化した水Ｗを逆浸透膜１４に通して精製した精製水を鉛バッテリに供給することで、アルカリ化した精製水が鉛バッテリの電極をコート（保護）する。このため、電極における硫酸鉛の結晶化（サルフェーション）が防止され、バッテリ機能が長時間維持できるようになる。

詳細を説明すると、鉛バッテリの陰極（Ｐｂ）及び陽極（ＰｂＯ_２）においては、放電時には硫酸鉛（ＰｂＳＯ_４）が生じ、充電時には硫酸鉛（ＰｂＳＯ_４）が溶解してＳＯ_４ ^２−が生じる。しかしながら、鉛バッテリの陰極板では、その表面に硫酸鉛（ＰｂＳＯ_４）の硬い結晶が生じるサルフェーション（白色硫酸鉛化）と呼ばれる現象が発生し易く、サルフェーションによって陰極における電極格子の隙間が埋まり、表面積が低下して起電力が低下する。硫酸鉛（ＰｂＳＯ_４）は電気を通さず抵抗となるとともに、その硬い結晶は溶解度が低く、一度電極に析出すると充放電のサイクルに戻ることができない。そこで、本発明においては、鉛バッテリの劣化の原因であるサルフェーションを防止するために、製造する精製水を弱アルカリ性とし、以下の反応式（２）に示す反応を起こすことにより、鉛酸塩を生じさせて硫酸鉛（ＰｂＳＯ_４）を溶解させる。
ＰｂＳＯ_４＋３ＯＨ⁻→［Ｐｂ（ＯＨ）_３］⁻＋ＳＯ_４ ^２− （２）

このように、製造装置１０は、酸素のナノバブルを含む原水に光触媒装置１３にて紫外線を照射してアルカリ化した水Ｗをバッテリ用の精製水として精製する構成である。すなわち、原水（水道水）を単に紫外線を照射してアルカリ化（弱アルカリ性と）した水をバッテリ用の精製水として精製する構成である。そのため、容易な製造方法及び製造装置によりバッテリ用の精製水を製造することができる。

また、製造する精製水を弱アルカリ性とすることで、当該精製水がバッテリの電極を保護し、当該電極における結晶化した硫酸鉛の硬質化を防止することができる。そのため、バッテリ劣化の原因であるサルフェーションを防止して、バッテリ機能を向上させることができる。

以下、本発明の実施例１を説明するが、本発明は、実施例１に何ら限定されるものではない。

上記製造装置１０において、水道水（水Ｗ）５０Ｌを貯水タンク１１に収容した。そして、水Ｗを流速１５Ｌ／ｍｉｎで光触媒装置１３に供給しながら、光触媒の存在下においてＵＶランプ１６により紫外線を照射した。ここで、光触媒（酸化触媒）は、水ガラス（ケイ酸ナトリウムの濃い水溶液）にポリエステル系の接着剤を５％加えて溶解させ、さらに、酸化触媒である酸化チタン（ＴｉＯ_２）の粉末を加えて混合した触媒水溶液（原液）を、人工ゼオライトＮａ型（中部電力製）に添加して混合し、１２０℃に加熱して脱水した後、冷却してゼオライトの表面に固定付着させたものを用いた。

紫外線を照射させた水Ｗは、光触媒装置１３と、貯水タンク１１との間で３時間継続して循環させた。水Ｗの循環処理中は、貯水タンク１１に収容される水Ｗに対して、ナノバブル発生装置１２により発生させた酸素のナノバブルを供給し続けた。そして、３時間循環して処理させた後、当該処理を行った水Ｗを逆浸透膜１４に通した。さらに、逆浸透膜を通した水Ｗのうちの半分（２５Ｌ）をバッテリ用の精製水とし、残り半分（２５Ｌ）を余剰の濃縮水として廃水した。

上記製造装置１０で製造したバッテリ用の精製水Ａ及び精製水Ｂについて、表１に示す項目で分析を行った。その結果、表１に示すように、製造装置１０で製造したバッテリ用の精製水Ａ及び精製水Ｂは、蓄電池用精製水の品質基準を充分に満たすことがわかった。

１０製造装置
１２ナノバブル発生装置（ナノバブル発生手段）
１３光触媒装置（紫外線照射手段）
１４逆浸透膜
Ｗ水（原水）

Claims

バッテリに供給する精製水の製造方法であって、
前記精製水の原水に酸素を供給することにより酸素のナノバブルを生じさせ、
光触媒の存在下において、前記酸素のナノバブルを含む原水に紫外線を照射することにより、前記原水をアルカリ化し、
アルカリ化した前記原水を逆浸透膜により処理すること
を特徴とするバッテリ用の精製水の製造方法。
バッテリに供給する精製水の製造装置であって、
前記精製水の原水に酸素を供給することにより酸素のナノバブルを発生するナノバブル発生手段と、
光触媒の存在下において、前記ナノバブル発生手段により発生した酸素のナノバブルを含む原水に紫外線を照射する紫外線照射手段と、
前記紫外線照射手段によりアルカリ化した前記原水を処理する逆浸透膜と、
を備えること
を特徴とするバッテリ用の精製水の製造装置。