JP3042648B2 - ナトリウム−硫黄電池における防災装置 - Google Patents

ナトリウム−硫黄電池における防災装置

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JP3042648B2 JP4250059A JP25005992A JP3042648B2 JP 3042648 B2 JP3042648 B2 JP 3042648B2 JP 4250059 A JP4250059 A JP 4250059A JP 25005992 A JP25005992 A JP 25005992A JP 3042648 B2 JP3042648 B2 JP 3042648B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ナトリウム−硫黄電
池の単電池を収容した電池モジュールに火災などの異常
が生じたときに、その異常状態が他の正常な電池モジュ
ールに波及するのを防止できるナトリウム−硫黄電池に
おける防災装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ナトリウム−硫黄電池においては、活物
質であるナトリウム及び硫黄が約300℃に加熱溶融さ
れ、ナトリウムイオンがβ−アルミナ製の固体電解質管
を介して透過し、硫黄と反応して所定の電気エネルギー
が得られるようになっている。このナトリウム−硫黄電
池は単体、すなわち単電池としては使用されることが少
なく、複数直列に接続されるとともに、この直列接続し
た電池群が並列接続されて断熱容器に収容した電池モジ
ュールとして使用される。
【0003】この電池モジュールを電力貯蔵用として使
用するには、さらに電池モジュールを多数並べて積上
げ、それを収納ケースに収納する。そして、この電力設
備が正常に運転されている場合には、充放電による電気
化学的な吸熱及び発熱と、回路抵抗からの発熱があるの
みで、排ガスの発生はなく、収納ケース内は運転に適し
た温度を維持するための空調が行われるだけである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この電力設
備に用いられる単電池の数は数万本にのぼる。そして、
長期にわたる作動において、ナトリウムと硫黄を区画す
る固体電解質管、ナトリウムを密封している陰極容器、
あるいは硫黄を密封している陽極容器にクラックが発生
する場合がある。この場合、固体電解質管から漏れたナ
トリウムと硫黄が異常反応を始めたり、陰極容器や陽極
容器から活物質が漏出して、漏出した活物質が高温状態
で容易に酸化し、二酸化硫黄(SO2 )などの腐食性ガ
スが生成したりする場合がある。
【0005】後者の活物質が漏出した程度では腐食性ガ
スは、電池モジュールの内圧を上昇させるほどではない
が、それでも長時間のうちには電池モジュールから漏れ
出て同じ収納ケース内にある正常な電池モジュールの電
池部品に損傷を与えるおそれがある。また、前者のよう
に異常反応により電池モジュール内で火災が発生した場
合には、電池モジュールを構成する断熱容器の蓋の隙間
などからその炎が外部に漏れ、電池モジュールの周囲に
配線されている充放電用ケーブルや計測用ケーブルを焼
損させるおそれがあるという問題があった。
【0006】この発明は上記のような従来の問題に着目
してなされたものであって、その目的とするところは、
電池モジュールに異常が生じて腐食性ガスや火災が発生
しても、そのガスや火炎が他の正常な電池モジュールに
移行せず、異常状態の波及を防止できるナトリウム−硫
黄電池における防災装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第1の発明では、ナトリウム−硫黄電池の単電池
をモジュール本体に多数収容して電池モジュールを構成
し、この電池モジュールを収納ケース内に複数個収納
し、この収納ケースに接続配管を取付けて、この接続配
管にガスを浄化処理するガス浄化装置を接続するととも
に、前記電池モジュールに排気管を取付け、この排気管
を前記接続配管に接続し、かつ排気管に逆流防止手段を
設けたことを特徴とする。
【0008】また、第2の発明では、前記各排気管に通
気防止手段を設けるとともに、各電池モジュールにガス
検出センサを取付け、いずれかの電池モジュールに異常
が生じて電池モジュール内に腐食性ガスが発生したと
き、ガス検出センサがこの腐食性ガスを検知してその電
池モジュール以外の正常な電池モジュールに取付けられ
た排気管の通気防止手段とガス浄化装置を作動させ、異
常の発生した電池モジュール内と収納ケース内の汚染空
気を浄化処理し、正常な電池モジュールへの異常状態の
波及を防止したことを特徴とする。
【0009】
【作用】この発明の防災装置においては、電池モジュー
ルに排気管が取付けられ、この排気管がガス浄化装置に
接続された接続配管に接続されていることから、電池モ
ジュールに火災が起きて火炎や高温の反応生成ガスが発
生しても、電池モジュールの隙間から外に漏れることな
く排気管から接続配管を経てガス浄化装置に向かって流
れ出す。また、各排気管には逆流防止手段を設けたこと
から、1つの電池モジュールに異常が起きても、この逆
流防止手段により、他の正常な電池モジュールに腐食性
ガスが侵入することがなく、異常状態の波及を防止する
ことができる。
【0010】さらに、この発明では電池モジュールにガ
ス検出センサを取付け、ガス検出センサが腐食性ガスを
検知し、そのセンサからの検出信号によりガス検知され
た電池モジュール以外の正常電池モジュールの排気管の
通気防止手段を作動させるように構成した。そのため、
1つの電池モジュールに異常が生じて電池モジュール内
に腐食性ガスが発生し、そのガスがガス浄化装置に至っ
た場合でも、配管接続されている正常な電池モジュール
内の非汚染空気が吸引されることが防止される。
【0011】
【実施例】
(第1実施例)以下、この発明を具体化したナトリウム
−硫黄電池における防災装置の第1実施例を図面に基づ
いて詳細に説明する。
【0012】図2に示すように、四角箱状をなす収納ケ
ース1内には、電池モジュール2が複数個縦横に配列さ
れるとともに、上下に積層配置されている。図1に示す
ように、この電池モジュール2は断熱材により四角箱状
に形成されたモジュール本体3と蓋4とにより密封状態
に形成され、その内部にはナトリウム−硫黄電池の単電
池5が多数収容されている。そして、電池モジュール2
間は、図示しない電気配線により接続されている。
【0013】排気ファン6を備えたガス浄化装置7は接
続配管8により前記収納ケース1に接続され、収納ケー
ス1内の二酸化硫黄(SO2 )などのガスを吸入口8a
から吸引して浄化処理する。すなわち、ガス浄化装置7
内には水酸化ナトリウム水溶液が充填され、腐食性ガス
はこの水酸化ナトリウム水溶液中を通過することによ
り、該水溶液に吸収除去される。そして、浄化処理後の
ガスが大気中に放出され、大気の汚染を防止している。
【0014】排気管9は一端が各電池モジュール2に取
付けられ、他端が連結配管10に取付けられている。こ
の連結配管10は前記接続配管8に接続され、各排気管
9からのガスを接続配管8に導くようにしている。複数
の電池モジュール2が同時に異常事故を起こす可能性は
少ないため、この連結配管10を共用し、収納ケース1
内の配管の数を減らして電池モジュール2を収容するス
ペースを確保している。
【0015】逆流防止手段としての逆止弁11は各排気
管9に取付けられ、いずれかの電池モジュール2に異常
が起きて腐食性ガスが発生し、そのガスが連結配管10
を経て別の排気管9に至ったとき、その流れを止めて正
常な電池モジュール2に腐食性ガスが流れ込まないよう
にしている。そして、正常な電池モジュール2を腐食性
ガスによる汚染から保護している。なお、排気管9にお
いては電池モジュール2内で火災や異常反応などにより
内圧上昇した際、速やかにその圧力を抜くとともに、電
池モジュール2から収納ケース1内に火炎や高温の反応
生成ガスを噴出させないために、逆止弁11は常に電池
モジュール2から連結配管10側へ開放状態とされてい
る。
【0016】さて、複数の電池モジュール2のいずれか
において、単電池5内部の固体電解質管が何らかの理由
で破損すると、陽極及び陰極の活物質である溶融状態の
金属ナトリウムと硫黄とが直接接触して、急激な化学反
応を起こすことにより火災事故が発生して二酸化硫黄な
どの腐食性ガスや火炎が発生する。
【0017】これら腐食性ガスや火炎はそれらの圧力や
排気ファン6の吸引作用により、排気管9から連結配管
10を経て、接続配管8へ流入する。また、モジュール
本体3と蓋4などの隙間から漏出した腐食性ガスは収納
ケース1内を拡散して吸入口8aから接続配管8へと流
入する。そして、このガスはガス浄化装置7で浄化処理
されて大気中へ排気される。
【0018】このとき、異常を起こした電池モジュール
2以外の正常な電池モジュール2の排気管9に取付けら
れた逆止弁11は、連結配管10側の圧力が上がるた
め、遮断状態となって腐食性ガスの他の電池モジュール
2内への流入を防止する。従って、1つの電池モジュー
ル2に異常が生じて腐食性ガスや火炎が発生しても、そ
のガスや火炎が他の正常な電池モジュール2に移行しな
いため、正常な電池モジュール2への異常状態の波及を
確実に防止できる。
【0019】このように、電池モジュール2内の腐食性
ガス及び火炎は排気管9、連結配管10から接続配管8
へ導かれ、収納ケース1内のガスは吸入口8aから接続
配管8へ導かれるため、電源用のケーブルやセンサ用の
ケーブルを腐食したり、焼損したりするおそれはない。 (第2実施例)次に、この発明を具体化した第2実施例
について説明する。
【0020】図3に示すように、この実施例において
は、各電池モジュール2の上部内面にガスセンサ22が
取着されるとともに、排気管9には逆止弁11より連結
配管10側に通気防止手段としての自動弁23が取付け
られている。ガスセンサ22は電池モジュール2内のい
ずれかの単電池5に異常が起きて腐食性ガスが発生した
とき、これを検知してその他の正常な電池モジュール2
の排気管9に取付けられた自動弁23を閉じる。また、
自動弁23は電磁弁、電動弁若しくは空気圧駆動等の自
動弁により構成され、平常時には開放状態にある。
【0021】次に、この実施例の防災装置を作動制御す
るための電気的構成について説明すると、図4に示すよ
うに、制御装置24にはガスセンサ22が接続され、腐
食性ガスの検出信号が制御装置24に入力される。ま
た、制御装置24には前記自動弁23及び排気ファン6
が接続され、制御装置24から異常が発生した電池モジ
ュール2以外の正常な電池モジュール2の排気管9に取
付けられた自動弁23の閉弁又は開弁信号と排気ファン
6の作動又は停止信号が出力される。
【0022】そして、前記電池モジュール2内のガスセ
ンサ22から制御装置24に腐食性ガスの検出信号が入
力されたとき、制御装置24は、異常が発生した電池モ
ジュール2以外の正常な各電池モジュール2の排気管9
に取付けられた全ての自動弁23を閉鎖する。同時に、
制御装置24は排気ファン6を作動させて、ガスをガス
浄化装置7に導いて浄化処理する。
【0023】さて、電池モジュール2内に単電池5の異
常が、火災や異常反応による電池モジュール2内の内圧
上昇が伴うものであれば、第1実施例と同じくガスセン
サ22、自動弁23の作動に関係なく、汚染空気はガス
浄化装置7に導き出されるが、単に活物質の漏洩程度で
内圧が上昇しない場合でも、ガスセンサ22は腐食性ガ
スを検知する。そして、このガスセンサ22の検出信号
に基づいて、異常が発生した電池モジュール2以外の電
池モジュール2に取付けられた自動弁23が閉鎖された
後に、ガス浄化装置の排気ファン6が作動し、収納ケー
ス1内の空気と共に異常が発生した電池モジュール2内
の汚染空気を吸引する。
【0024】この場合、正常な電池モジュール2内の空
気は吸引されることがないので、他の正常な電池モジュ
ール2の運転に支障を与えることなく、異常電池モジュ
ール2から発生する腐食性ガスを拡散させずに浄化処理
できる。
【0025】上記したように、この実施例の防災装置で
は、電池モジュール2に異常が生じて腐食性ガスや火炎
が発生しても、そのガスが他の正常な電池モジュール2
に移行するおそれがない。従って、電池モジュール2の
異常が他の正常な電池モジュール2へ波及するのを速や
かに、しかも効果的に防止できる。
【0026】なお、この発明は上記実施例の構成に限定
されるものではなく、例えば以下のようにこの発明の趣
旨から逸脱しない範囲で、各部の構成を任意に変更して
具体化してもよい。 (a)第2実施例における自動弁23と逆止弁11とを
備えた構成を、ガスセンサ22からの信号に基づいて自
動的に作動する1つの自動弁に代え、ガスを遮断するよ
うに構成すること。 (b)連結配管10を省略して、排気管9と接続配管8
とを直接接続すること。 (c)1つの電池モジュール2に取付けられる排気管9
の数を2個以上とすること。 (d)第2実施例において、ガス浄化装置7を腐食性ガ
スのガス圧で作動させるように構成すること。
【0027】
【発明の効果】以上詳述したように構成されているた
め、第1の発明によれば、電池モジュールに異常が生じ
て火災が発生しても、その火炎や高温反応生成ガスが他
の正常な電池モジュールやケーブル等に触れる状況が極
めて低減され、異常状態の波及を防止できるという優れ
た効果を奏する。また、第2の発明によれば、電池モジ
ュールの異常が内圧上昇を伴わない腐食性ガスの漏出の
場合でも、他の正常な電池モジュールへの異常の波及を
迅速かつ確実に防止できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明を具体化したナトリウム−硫黄電池に
おける防災装置を示す概略部分断面図である。
【図2】同じく防災装置の全体を示す斜視図である。
【図3】第2実施例の防災装置を示す部分断面図であ
る。
【図4】第2実施例の防災装置の電気的構成を示す図で
ある。
【符号の説明】
1…収納ケース、2…電池モジュール、5…単電池、7
…ガス浄化装置、8…接続配管、9…排気管、11…逆
流防止手段としての逆止弁、23…通気防止手段として
の自動弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大島 正明 東京都千代田区内幸町一丁目1番3号 東京電力 株式会社 内 (72)発明者 奥野 晃康 東京都千代田区内幸町一丁目1番3号 東京電力 株式会社 内 (72)発明者 川井 健司 愛知県大府市大府町柊山1番地の53 (72)発明者 切澤 孝 三重県四日市市富田栄町30番地3 (72)発明者 日高 道孝 名古屋市瑞穂区新開町24番18号 (72)発明者 加藤 健次 名古屋市港区木場町9番11号 (56)参考文献 特開 平3−112570(JP,A) 特開 平3−203169(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/39 A62D 3/00 B01D 53/52 H01M 10/42

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ナトリウム−硫黄電池の単電池をモジュ
    ール本体に多数収容して電池モジュールを構成し、この
    電池モジュールを収納ケース内に複数個収納し、この収
    納ケースに接続配管を取付けて、この接続配管にガスを
    浄化処理するガス浄化装置を接続するとともに、前記電
    池モジュールに排気管を取付け、この排気管を前記接続
    配管に接続し、かつ排気管に逆流防止手段を設けたこと
    を特徴とするナトリウム−硫黄電池における防災装置。
  2. 【請求項2】 前記各排気管に通気防止手段を設けると
    ともに、各電池モジュールにガス検出センサを取付け、
    いずれかの電池モジュールに異常が生じて電池モジュー
    ル内に腐食性ガスが発生したとき、ガス検出センサがこ
    の腐食性ガスを検知してその電池モジュール以外の正常
    な電池モジュールに取付けられた排気管の通気防止手段
    とガス浄化装置を作動させ、異常の発生した電池モジュ
    ール内と収納ケース内の汚染空気を浄化処理し、正常な
    電池モジュールへの異常状態の波及を防止したことを特
    徴とする請求項1に記載のナトリウム−硫黄電池におけ
    る防災装置。
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