JPWO2015145693A1 - 空気電池再生装置、空気電池システム、及び空気電池の再生方法 - Google Patents

Abstract

空気電池再生装置１０は、再利用可能な空気電池５０の放電が終了したときに、空気電池５０のスタック構造体５２のセル部５４内に存在するスラッジに液体を供給する液体供給手段１２を備える。空気電池システムは、空気電池再生装置１０と、再利用可能な空気電池５０とを具備する。空気電池の再生方法は、可能な空気電池１０の放電が終了したときに、空気電池５０のスタック構造体５２のセル部５４内に存在するスラッジに液体を供給する空気電池の再生方法である。

Description

本発明は、空気電池再生装置、空気電池システム、及び空気電池の再生方法に関する。更に詳細には、本発明は、再利用可能な空気電池を再生する空気電池再生装置、空気電池再生装置と再利用可能な空気電池とを具備した空気電池システム、及び空気電池の再生方法に関する。

従来、バイセル構造を有する空気電池が提案されている（非特許文献１参照。）。
また、塩水型の空気電池においては、発電の際に大量のスラッジ（例えば、Ｍｇ（ＯＨ）_２・ｎＨ_２Ｏなどを挙げることができる。）がセル内に生成し、堆積することが知られている。
そして、例えば、負極交換型の空気電池を再利用する場合には、このようなスラッジを除去する必要があることが知られている。

大阪工業技術試験所季報３７［３］（１９８６）

しかしながら、非特許文献１に記載のバイセル構造を有する空気電池であっても、放電が終了したときには発電の際の発熱によりスラッジが水分を失い乾燥した状態となることがあるため、スラッジを除去する際にはセルを分解する必要があり、スラッジの除去は極めて困難であった。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、複数のセルによって形成されるスタック構造体を殆ど分解することなく、大量のスラッジを除去することによって、再利用可能な空気電池を再生する空気電池再生装置、空気電池再生装置と再利用可能な空気電池とを具備した空気電池システム、及び空気電池の再生方法を提供することを目的としている。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、再利用可能な空気電池の放電が終了したときに、空気電池のスタック構造体のセル部内に存在するスラッジに液体を供給する液体供給手段を備えた構成とすることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の空気電池再生装置は、再利用可能な空気電池の放電が終了したときに、空気電池のスタック構造体のセル部内に存在するスラッジに液体を供給する液体供給手段を備えたものである。

また、本発明の空気電池システムは、上記本発明の空気電池再生装置と、再利用可能な空気電池とを具備したものである。

更に、本発明の空気電池の再生方法は、再利用可能な空気電池の放電が終了したときに、空気電池のスタック構造体のセル部内に存在するスラッジに液体を供給する空気電池の再生方法である。

本発明によれば、再利用可能な空気電池の放電が終了したときに、空気電池のスタック構造体のセル部内に存在するスラッジに液体を供給する液体供給手段を備えた構成とした。
そのため、複数のセルによって形成されるスタック構造体を殆ど分解することなく、大量のスラッジを除去することによって、再利用可能な空気電池を再生する空気電池再生装置、空気電池再生装置と再利用可能な空気電池とを具備した空気電池システム、及び空気電池の再生方法を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る空気電池再生装置又は空気電池システムを模式的に示す断面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る空気電池再生装置又は空気電池システムを模式的に示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係る空気電池再生装置、空気電池システム、及び空気電池の再生方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１は、本発明の一実施形態に係る空気電池再生装置又は空気電池システムを模式的に示す断面図である。また、図２は、本発明の一実施形態に係る空気電池再生装置又は空気電池システムを模式的に示す斜視図である。つまり、図１及び図２は、再利用可能な空気電池に適用された空気電池再生装置、又は空気電池再生装置と再利用可能な空気電池とを具備した空気電池システムを示すものである。

図１及び図２に示すように、空気電池再生装置１０は、再利用可能な空気電池５０の放電が終了したときに、空気電池５０のスタック構造体５２のセル部５４内に存在するスラッジに液体を供給する液体供給手段１２を備える。また、再利用可能な空気電池５０は、複数のセル部５４から形成されるスタック構造体５２を備え、セル部５４は、１つの負極５４ａに対して２つの正極５４ｂを備えたバイセル構造と呼ばれる構造を有する。更に、図中の５１は空気流路部を示し、Ｅは残存した電解液を示す。
なお、空気電池は、発電の際にスラッジを生成してしまうものであれば、特に限定されるものではなく、従来公知の空気極（正極）、金属極（負極）、電解液などを有する空気電池を適用することができる。
代表的には、金属極（負極）として、マグネシウム極やマグネシウムを含むアルミニウム極を適用し、電解液として塩化ナトリウム水溶液を適用したものを挙げることができる。また、負極は交換可能なものであることが好ましいが、これに限定されるものではない。

ここで、本発明において、「再利用可能な空気電池」とは、スラッジを除去し、必要に応じて電解液の供給や負極の交換をすれば、再び所定の出力を得ることができる空気電池を意味する。

また、本発明において、「空気電池の放電が終了したとき」とは、例えば、空気電池のセル部において、スラッジの堆積や電解液の枯渇、負極の消耗などの原因によって、所定の出力が得られなくなったときを意味する。

このような構成とすると、除去しようとするスラッジに流動性を担保させることができるため、複数のセルによって形成されるスタック構造体を殆ど分解することなく、大量のスラッジを除去することによって、再利用可能な空気電池を再生する空気電池再生装置や、空気電池再生装置と再利用可能な空気電池とを具備した空気電池システムとなる。

そして、再利用可能な空気電池の放電が終了したときに、スタック構造体を殆ど分解することなく、スラッジに液体を供給して流動性を担保させて、空気電池のスタック構造体のセル部内に存在する大量のスラッジを除去することにより、空気電池を再生することができ、空気電池を再利用することができる。

また、本実施形態においては、液体供給手段１２が、液体を空気電池５０の内部に設けられた液体タンク５３から取り込む管構造を有する液体取込部１２ａと、液体を液体取込部１２ａから分岐した管構造を有するセル供給部１２ｂに給送するポンプ部１２ｃとを有する。また、液体取込部１２ａの取込口ａは液体タンク５３の底部５３ａ側に配設されている。
このような構成とすると、例えば、空気電池の内部に残存する塩化ナトリウム水溶液などの電解液をそのまま利用して、除去しようとするスラッジに流動性を担保させることができるため、複数のセルによって形成されるスタック構造体を殆ど分解することなく、大量のスラッジを除去することによって、再利用可能な空気電池を再生する空気電池再生装置や、空気電池再生装置と再利用可能な空気電池とを具備した空気電池システムとなる。

なお、本発明においては、このような構成を有することが好適であるが、必須ではない。図示しないが、例えば、液体供給手段が液体を空気電池の内部に設けられたセル部を連結する液絡部から取り込む液体取込部を有する構成であってもよい。
また、図示しないが、例えば、液体供給手段が液体を空気電池の内部からセル部に供給するセル供給部を有する構成でなく、液体を空気電池の外部からセル部に供給するセル供給部を有する構成であってもよく、このとき、液体供給手段が液体を外部タンク又は空気電池再生装置の液体タンクから取り込む液体取込部を有する構成であってもよい。
このような構成とすると、液体として水道水やスラッジを溶解する液体（例えば、クエン酸などの酸性液体を挙げることができる。）などを特に限定されることなく利用することができる。スラッジを溶解する液体を利用すると、スラッジをより効率良く除去することができる。
なお、上述のような構成を有する場合も本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

更に、本実施形態においては、液体供給手段１２の液体取込部１２ａには、１２ｄで示すフィルタ部が配設されている。
このような構成とすると、ポンプ部１２ｃへのスラッジの侵入を防止することができる。
なお、本発明においては、このような構成を有することが好適であるが、必須ではない。

また、本実施形態においては、セル部５４を連結する液絡部５６の末端に接続され、フィルタ部１４ａとドレイン部１４ｂとポンプ部１４ｃとを有し、再利用可能な空気電池５０の放電が終了したときであって、液体供給手段１２が液体の供給を開始した後に、スラッジを除去するスラッジ除去手段１４を備える。ポンプ部１４ｃはパイプ１４ｄによりフィルタ部１４ａとドレイン部１４ｂに連結されている。
このような構成とすると、例えば、ポンプ部の動作による吸引により、ポンプ部とパイプで連結されたフィルタ部においてスラッジを除去でき、ドレイン部において液体を除去することができるため、簡易な構成で、スラッジの目詰まりを抑制ないし防止しつつ、スラッジ除去をすることが可能となる。
これは、通常、液絡部５６における液体流れ方向に対して垂直な断面のうち最も断面積が小さい部分（例えば、図中の５６ａで示す最狭部である。）の断面積が、スラッジ除去手段の他の接続位置として考えられるセル供給部１２ｂの注液口の断面積よりも大きいためである。
具体的には、注液口の幅は大きくても電極間距離と同等であり、例えば直径は数ｍｍ〜５ｍｍ程度である一方、液絡部における液体流れ方向に対して垂直な断面のうち最も断面積が小さい部分の断面積は、セル部の下部長さにより決定され、通常は、注液口の幅よりも長く確保される。
なお、本発明においては、このような構成を有することが好適であるが、必須ではない。

そして、再利用可能な空気電池の放電が終了したときであって、液体の供給を開始した後に、スラッジを除去することにより、スタック構造体を殆ど分解することなく、空気電池のスタック構造体のセル部内に存在する大量のスラッジを効率良く除去することができる。

更に、本実施形態においては、フィルタ部１２ｄ，１４ａが、着脱可能である。
このような構成とすると、スラッジの除去を繰り返し行うと目詰まりを起こすことがあるフィルタ部を頻繁に交換でき、効率良くスラッジを除去することができる。もちろん、フィルタ部におけるフィルタ自体を交換できるようにしてもよい。
なお、本発明においては、このような構成を有することが好適であるが、必須ではない。

また、本実施形態においては、スラッジ除去手段１４がスラッジを除去する際に、ポンプ部１４ｃが、スラッジを断続的に吸引する。
このような構成とすることにより、まず、ポンプ部が、スラッジを除去するため吸引し、減圧することを繰り返すことによって、スラッジがフィルタ部で漉され、液体がドレイン部に溜まる。断続的に吸引を繰り返すことができるポンプとしては、例えば、ダイヤフラム型ドライ真空ポンプ（具体的には、アズワン社製ダイヤフラム型ドライ真空ポンプＤＡＰ−１５を挙げることができる。）を利用することができる。
なお、本発明においては、このような構成を有することが好適であるが、必須ではない。

更に、本実施形態においては、セル部５４内の水分量を検知する水分検知手段５５を備え、液体供給手段１２が、水分検知手段５５の検知結果に基づいて、液体の供給量を制御する。
このような構成とすると、スラッジが最適な流動性を担保するのに必要量の液体を供給することができるため、スタック構造体を殆ど分解することなく、空気電池のスタック構造体のセル部内に存在する大量のスラッジを効率良く除去することができる。水分検知手段としては、例えば、スラッジの誘電率を測定し、これを利用した水分量センサーを適用することができる。しかしながら、これに限定されるものではなく、従来公知の水分検知手段を適用することができる。
なお、本発明においては、このような構成を有することが好適であるが、必須ではない。

また、本実施形態においては、空気電池５０が、セル部５４に液体を供給するための供給口５４ｃを有することが好ましい。空気電池がスラッジの流動性を担保する液体を供給するための専用の供給口を有する構成とすると、例えば、供給する液体をスラッジに向けて吹き付けることができるなどのスラッジ除去に適した供給口を設計することができる。

更に、本実施形態においては、供給口５４ｃが、空気電池５０の負極５４ａを取り外した後に形成される負極取り外し口であることが好ましい。空気電池がスラッジの流動性を担保する液体を供給するための供給口として空気電池の負極取り外し口を利用する構成とすると、負極交換と合わせてスラッジ除去をすることができると共に、例えば、供給する液体をスラッジに向けて吹き付けることができるなどのスラッジ除去にも適した供給口を設計することができる。

そして、再利用可能な空気電池の放電が終了したときであって、液体の供給を開始する前に、空気電池の負極を取り外すことによって液体を供給するための供給口を形成し、その供給口から液体を供給することによって、負極交換と合わせてスラッジ除去をすることができると共に、例えば、供給する液体をスラッジに向けて吹き付けることができるなどのスラッジ除去にも適した供給口を設計することができる。その結果、スタック構造体を殆ど分解することなく、空気電池のスタック構造体のセル部内に存在する大量のスラッジを効率良く除去することができる。

なお、図示しないが、例えば、液体の供給は、セル供給部側からでなく、液絡部側から行ってもよい。このとき、液絡部側からの液体の供給は、液体供給手段の構成を変更することにより行うことができる。

以上、本発明を若干の実施形態によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、上述の実施形態においては、バイセル構造を有する空気電池に適用した場合を図示により説明したが、本発明は、フルセル構造を有する空気電池に対しても適用することができ、図示しないが、このような場合も本発明の範囲に含まれる。

１０ 空気電池再生装置
１２ 液体供給手段
１２ａ 液体取込部
１２ｂ セル供給部
１２ｃ ポンプ部
１２ｄ フィルタ部
１４ スラッジ除去手段
１４ａ フィルタ部
１４ｂ ドレイン部
１４ｃ ポンプ部
１４ｄ パイプ
１４ 液体供給手段
１４ａ 液体タンク
１４ｂ 液体取込部
１４ｃ ポンプ部
１４ｄ フィルタ部
５０ 空気電池
５１ 空気流路部
５２ スタック構造体
５３ 液体タンク
５３ａ 底部
５４ セル部
５４ａ 負極（金属極）
５４ｂ 正極（空気極）
５４ｃ 供給口
５５ 水分検知手段
５６ 液絡部
５６ａ 最狭部
ａ 取込口
Ｅ 電解液

【０００２】
分解することなく、大量のスラッジを除去することによって、再利用可能な空気電池を再生する空気電池再生装置、空気電池再生装置と再利用可能な空気電池とを具備した空気電池システム、及び空気電池の再生方法を提供することを目的としている。
課題を解決するための手段
［０００６］
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、再利用可能な空気電池の放電が終了したときに、空気電池のスタック構造体のセル部内に存在するスラッジに液体を供給する液体供給手段と、セル部内の水分量を検知する水分検知手段とを備え、液体供給手段が、水分検知手段の検知結果に基づいて、液体の供給量を制御する構成とすることなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
［０００７］
すなわち、本発明の空気電池再生装置は、再利用可能な空気電池の放電が終了したときに、空気電池のスタック構造体のセル部内に存在するスラッジに液体を供給する液体供給手段と、セル部内の水分量を検知する水分検知手段とを備え、液体供給手段が、水分検知手段の検知結果に基づいて、液体の供給量を制御するものである。
［０００８］
また、本発明の空気電池システムは、上記本発明の空気電池再生装置と、再利用可能な空気電池とを具備したものである。更に、本発明の他の空気電池システムは、再利用可能な空気電池の放電が終了したときに、空気電池のスタック構造体のセル部内に存在するスラッジに液体を供給する液体供給手段を備えた空気電池再生装置と、再利用可能な空気電池とを具備し、空気電池が、セル部に液体を供給するための供給口を有し、供給口が、空気電池の負極取り外し口であるものである。
［０００９］
更に、本発明の空気電池の再生方法は、再利用可能な空気電池の放電が終了したときに、空気電池のスタック構造体のセル部内に存在するスラッジに液体を供給する空気電池の再生方法であって、再利用可能な空気電池の放電が終了したときであって、液体の供給を開始する前に、空気電池の負極を取り外すことによって液体を供給するための供給口を形成する空気電池の再生方法である。
発明の効果
［００１０］
本発明によれば、再利用可能な空気電池の放電が終了したときに、空気電池のスタック構造体のセル部内に存在するスラッジに液体を供給する液体供給手段と、セル部内の水分量を検知する水分検知手段とを備え、液体供給手段が、水分検知手段の検知結果に基づいて、液体の供給量を制御する構成などとした。
そのため、複数のセルによって形成されるスタック構造体を殆ど分解することなく、大量のスラッジを除去することによって、再利用可能な空気電池を再生する空気電池再生装置、空気電池再生装置と再利用可能な空気電池とを具備した空気電池システム、及び空気電池の再生方法を提供することができる。
図面の簡単な説明

Claims (18)

1. 再利用可能な空気電池の放電が終了したときに、該空気電池のスタック構造体のセル部内に存在するスラッジに液体を供給する液体供給手段を備えたことを特徴とする空気電池再生装置。
2. 上記液体供給手段が、上記液体を空気電池の外部から上記セル部に供給するセル供給部を有することを特徴とする請求項１に記載の空気電池再生装置。
3. 上記液体供給手段が、上記液体を外部タンク又は当該空気電池再生装置の液体タンクから取り込む液体取込部と、該液体を該液体取込部から上記セル供給部に給送するポンプ部とを有することを特徴とする請求項２に記載の空気電池再生装置。
4. 上記液体供給手段が、上記液体を空気電池の内部から上記セル部に供給するセル供給部を有することを特徴とする請求項１に記載の空気電池再生装置。
5. 上記液体供給手段が、上記液体を上記空気電池の液体タンク又は上記セル部を連結する液絡部から取り込む液体取込部と、該液体を該液体取込部から上記セル供給部に給送するポンプ部とを有することを特徴とする請求項４に記載の空気電池再生装置。
6. 上記液体取込部の取込口が上記液体タンク又は上記液絡部の底部側に配設されていることを特徴とする請求項５に記載の空気電池再生装置。
7. 上記液体供給手段が、フィルタ部を有することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つの項に記載の空気電池再生装置。
8. 上記セル部を連結する液絡部に接続され、フィルタ部とドレイン部とポンプ部とを有するスラッジ除去手段を備え、
   上記スラッジ除去手段が、再利用可能な空気電池の放電が終了したときであって、上記液体供給手段が上記液体の供給を開始した後に、上記スラッジを除去する
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の空気電池再生装置。
9. 上記セル部内の水分量を検知する水分検知手段を備え、
   上記液体供給手段が、上記水分検知手段の検知結果に基づいて、上記液体の供給量を制御する
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つの項に記載の空気電池再生装置。
10. 上記液体として上記空気電池の外部から供給される液体を利用することを特徴とする請求項１に記載の空気電池再生装置。
11. 上記液体として上記空気電池の内部から供給される液体を利用することを特徴とする請求項１に記載の空気電池再生装置。
12. 上記液体として上記スラッジを溶解する液体を利用することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の空気電池再生装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか１つの項に記載の空気電池再生装置と、再利用可能な空気電池とを具備したことを特徴とする空気電池システム。
14. 上記空気電池が、上記セル部に上記液体を供給するための供給口を有することを特徴とする請求項１３に記載の空気電池システム。
15. 上記供給口が、上記空気電池の負極取り外し口であることを特徴とする請求項１４に記載の空気電池システム。
16. 再利用可能な空気電池の放電が終了したときに、該空気電池のスタック構造体のセル部内に存在するスラッジに液体を供給することを特徴とする空気電池の再生方法。
17. 再利用可能な空気電池の放電が終了したときであって、上記液体の供給を開始した後に、上記スラッジを除去することを特徴とする請求項１６に記載の空気電池の再生方法。
18. 再利用可能な空気電池の放電が終了したときであって、上記液体の供給を開始する前に、上記空気電池の負極を取り外すことによって該液体を供給するための供給口を形成することを特徴とする請求項１６又は１７に記載の空気電池の再生方法。

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