JPH03112569A - ナトリウム―硫黄電池における火災の消火方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はナトリウム−硫黄電池における火災の消火方法
にかかり、詳しくはナトリウム−硫黄電池に異常が発生
して内部の活物質の化学反応により発生した火災の消火
方法に関するものである。

［従来の技術］ 最近、電気自動車、夜間電力貯蔵用の二次電池として性
能面および経済面の両舷おいて優れ、３００〜４００℃
で動作する高温型のナトリウム−硫黄電池の研究開発が
進められている。

すなわち、性能面ではナトリウム−硫黄電池は鉛蓄電池
に比べて理論二本ルギー密度が高く、充放電時における
水素や酸素の発生といった副作用もなく、陽極活物質の
利用率も高く、経済面ではナトリウムおよび硫黄が安価
であるという利点を有している。このナトリウム−硫黄
電池を複数個直列に接続して、さらにその直列接続した
ものを複数配置して３００〜４００℃に加熱することに
より、活物質となる金属ナトリウムおよび硫黄を溶融し
、溶融状態で活物質のイオンの移動を行わせ、互いに電
気化学反応を行わせて所定の電気エネルギーを得るよう
にしている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、このナトリウム−硫黄電池に事故短絡電流等
により過電流が流れる等何らかの事情により、ナトリウ
ム−硫黄電池内部の固体電解質管が破壊されることがあ
る。このように破壊された場合、固体電解質管により内
外に区分されていた溶融金属ナトリウムと溶融硫黄とが
直接接触、混合して化学反応を起こし、その反応熱によ
り、（のケース内で火災が発生する。

この場合、金属ナトリウム、硫黄およびこれらの化学反
応による生成物と非反応な消火剤と１７て砂などをケー
ス上面からケース内に流し込む１″とにより酸素を遮断
するとともに、砂の冷却作用によって消火する方法が考
えられるが１．砂はミクロ的に見ると不規則な形状であ
り、均一・に分散させるためにはケース、Ｌ面に複数の
流入孔を設けなければならないという問題があった。さ
らに、砂は吸湿性があるので、消火作業時に砂の内部に
含まれる水分と金属ナトリウムとが反応しないようにす
るための砂の保存管理、すなわち水分を吸湿し７ないよ
うに乾娩状態を鰺持する管理を厳重にしなければならな
いという同類があった。

本発明の目的は、消火剤の管理が容易でナトリウム−・
硫黄電池の火災を迅速に消火ゴることかできるナトリウ
ム−硫黄における火災の消火方法を提供することにある
。

［課題を解決するための手段１ 上記の目的を達成する′ｌニーめ、本願発明は１、ナト
リウム−硫黄電池により構成された集合電池群を収納し
たケ′−ス内に対し、前記電池の活物質および火災発生
時の生成物と非反応性を有するとともに、吸湿性がなく
絶縁性を有１．た多数の球状粒を流入することをその要
旨とする。

［作用］ 上記構成により、ケース内に球状粒を流入すると溶融状
態にある硫黄、金属すトリウムおよび多硫化ナトリウム
は球状粒によりそれぞれの融点以下の温度まで冷却され
て凝固し固体となる。凝固した硫黄および多硫化すトリ
ウムは反応性に欠けるため不活性化する。一方、金属ナ
トリウムは球状粒によりａｔ素が供給されなくなり、空
気中の酸素との反応が抑制される。さらに、球状粒は摩
擦係数が小さく拡散性がよい。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した一実施例を図面に基づいて説
明する。

第１図に示すように、ケース２は四角箱形状に形成され
るとともに、内外二重のを構造を有しており、内部１・
の壁間には断熱材１が介在配置されている。前記ケース
２の底部には支持部材コを介して載置台４が配置されて
いる。その載置台４には集合電池５が立設固定されてい
る６ 各県合電池５はその内部の図示はしないが、単体のナト
リウム−硫黄電池が上下方向に積層されて直列接続され
でいる。そして１．単体のナトリウム−硫黄電池は固体
電解質管を介して金属すｌ・リウムと硫黄が区分して収
納されている、６は前記載置台４とケース２の底部に設
けられｆ′：電気し一タであって、ケース２内の温度を
約３２０℃に加熱して、集合電池５内の金属ナトリウム
、硫黄を溶融可能とする。　第１図において５ケー・ス
２の左側上方には一対のパイプ７ａ、７ｂが貫設されて
いる。一方のパイプ７ａは外部の空気などを流入する流
入バイグアａであり、他方のパイプ７ｂはケース２内部
の空気を排出するための排出バイブ７ｂである。この各
パイプ７ａ、７ｂにより空気の循環と、電気ヒータ６の
加熱制御によりケース２内の温度を約３２０’Ｃ捏度に
保つようにし、ている。

また、ケース２の左側側部には四角形状の支持台８が配
置さｈ４、その上部はケース２よりも上方へ突出されて
いる。この支持台８の上部には貯蔵タンク９が載置固定
され、その貯蔵タンク９の右側下方には右側下方へ斜状
に延出する供給バイブ１０が複数本設けられている（第
５図参照）。さらに、前記供給パイプ１０の下部には所
定間隔毎に流出バイブ１１が設けら′Ｉ′Ｉ−１その先
端が前記ケース２の上面を貫通するようにｌられている
。

さらに、前記貯蔵タンク９内には球状粒ど）−てのセラ
ミック粒Ｓが貯蔵され、ケース２内で火災が発生したと
き供給バイブｊＯおよび流出バイブ１１を介してケ′−
ス２内に流入するようになっている。なお、１２は貯蔵
タンク９かへセラミック粒Ｓを流出１７．てケース２内
に流入するための電磁弁である。また、前記ケース２は
その内部が結露しないよう断熱ｍ造になっている。

次に、ケース２内に流入するセラミック粒Ｓの特性およ
び種類について説明する。

前記セラミック粒Ｓの粒径はＱ、５ｍｍφであり、０．
２〜２．０ｍｍφの範囲内のものが適している。そして
、このセラミック粒Ｓの表面は平滑に形成されており、
摩擦係数を低くしている。

また、材質としは普通磁器をベースとする長石質普通磁
器、アルミナ含有磁器、クリストバライト磁器、アルミ
ナ磁器、ジルコン磁器、コージェライト磁器などが適し
ており、本実施例においては長石質普通磁器を使用して
いる。また、これらの材料は吸湿性が全くなく放置して
おいても水を含むことはない。

さらに、上記の材料の体積抵抗率は温度によって若干低
下するが、少なくとも１Ｍ０ｃｍ以上の体積抵抗率を有
している。

また、金属ナトリウムは凝固状態であってもフッ化水素
（ＨＦ）、塩化水素（ＨＣｊ）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、
水素（Ｈ）、臭素（Ｂｒ）、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｊ
）、硫黄（Ｓ）、　水銀（Ｈｇ）、水（Ｈ，Ｏ）などと
反応するため、これらの物質が含まれないセラミック粒
Ｓを選択する必要がある。

また、金属ナトリウムと硫黄が酸化反応で生成される反
応生成物質として、二酸化硫黄（ＳＯ２）、水酸化ナト
リウム（ＮａＯＨ）　、酸化ナトリウム（Ｎａ２０Ｈ）
、過酸化ナトリウム　（Ｎ　ａ　＊０、）、硫化ナトリ
ウム（Ｎａｚ　ＳＯｘ　）、二硫化炭素（Ｃ８ｚ）があ
り、さらに前記金属ナトリウムと硫黄との酸化反応のと
きにその酸化反応熱に起因して空気中のの酸素が酸化さ
れて窒素酸化物（ＮＯｘ）などが生成される。したがっ
て、上記反応生成物質と反応しない球状のセラミック粒
Ｓを選択する必要がある。

ここで、比較のために同一粒径０．６ｍｍφのセラミッ
ク粒Ｓと、平均粒径０．６ｍｍφの砂０を使用してその
同一面積を覆うために必要とされるセラミック粒Ｓと砂
０との最低限の落下高さをぞれぞれ測定した。逆に、同
一高さからセラミック粒Ｓと砂０とをそれぞれ落下させ
た場合に覆うことができる面積の比較試験を行った。

第２〜４図に示すように、高さＨから砂Ｏを落下させた
ときの広がり面積と同一の面積をセラミック粒Ｓにて覆
う場合、砂０に比べ拡散性がよいため１／３Ｈ程度の高
さからセラミック粒Ｓを落下させればよいことがわかる
。

また、同の−高さからセラミック粒Ｓおよび砂０を落下
した場合、砂Ｏの安息角は４０〜４５度であり、セラミ
ック粒Ｓの安息角は約２０度で、セラミック粒Ｓの安息
角の方が小さいことがわかる。なお、安息角とは砂Ｏお
よびセラミック粒Ｓよって形成される円錐台の頂点から
縦断面にしたとき、二等辺三角形の底辺とその底辺と頂
点とを結ぶ斜辺とにより構成された角度をいう、さらに
、同一高さから砂Ｏを落下させたときの広がり面積なＡ
とすると一セラミック粒Ｓの広がり面積は７．５Ａとな
る。

次に、ナトリウム−硫黄電池の火災の消火方法について
説明する。

ケース２内の温度を約３２０℃に保持された状態では、
集合電池５を構成するナトリウム−硫黄電池の金属ナト
リウムおよび硫黄が溶融した状態となっている。

ここで、何等かの原因で集合電池５を構成するナトリウ
ム−硫黄電池の固体電解質管が破損すると固体電解質管
内の溶融した金属ナトリウムおよび陽極容器内の溶融し
た硫黄とが直接接触、混合する。すると、主たる反応と
して次のような化学反応が行われ、多硫化ナトリウム、
特に最終的には硫化二ナトリウムを生成する。

２Ｎａ＋ＸＳ−＋Ｎａｔ　Ｓｘ このとき、化学反応熱が多量に発生して集合電池５のケ
ースが破損し、金属ナトリウムおよび硫黄がケース２内
に流出する。すると、金属ナトリウムは空気中の酸素等
とさらに反応して高温状態となり、他の集合電池５を破
壊していくことになる。

したがって、ケース２内の図示しないセンサ、例えば熱
センサ、火災発生時にガスを検出するガスセンサ等がこ
の異常事態を検出すると、制御装置が流入パイプ７ａ、
排出パイプ７ｂを閉塞して空気の循環を停止するどとも
に、零り１ヒータ６の加熱を停止する。そして、供給パ
イプ１０に設けられた電慮弁１２を開放ｊ〜、貯蔵タン
ク９からセラミック粒Ｓを放出する。そして、そのセラ
ミック粒Ｓを供給パイプ１０および流出パイプ１１を介
してケ・−ス２内に流入して充填する。

すると、セラミック粒Ｓは熱伝導率が大きいため、ケー
ス２内に流出ｌまた金属すｌ・リウムおよび硫黄を素早
く冷却する。これにより、硫黄は熱を奪われて凝固し、
化学反応が停止するため化学的に安全な物質に変わる。

一方、金属ナトリウムも熱を奪われて凝固する６また、
セラミック粒Ｓは空気中の酸素および水分等と反応［７
ている金属ナトリウムの全体を覆うため、これらの化学
反応が抑制される。この結果９、金属ナトリウムおよび
硫黄の化学反応を停止して火災を消火することができる
。さらに、セラミック粒Ｓと金属ナトリウム、硫黄と、
セラミック粒Ｓと硫黄とは全く化学的に反応しないため
安全である６ また、セラミック粒Ｓは吸湿性が全くないため、水分な
どとの化学反応がなく新たに火災源となることがない、
さらに、セラミック粒Ｓを貯蔵タンク９内に貯蔵する場
へ、保存管理が容易である。

一方、仮に砂Ｏを使用１．た場合、第７．８図に示すよ
うに安息角を考慮して均一に拡散させるため、ケース２
の上面に間隔り毎に流出パイプ１１を設ける必要がある
。

ところが、本実施例では第５，６図に示すようにセラミ
ック粒Ｓの場合は拡散性がよく、ケース２上面に設ける
流出パイプ１１は間隔２．７５Ｌ毎に設ければよい。こ
の結果、流出パイプ１１を砂Ｏを流出さぜる場合よりも
約１／６の程度に減らずことができるため、設備構造を
簡単にすることができる。

さらに、同一・面積を覆う場合砂Ｏの落下点高さＩ］の
１／３稈度の高さからセラミック粒Ｓを落下させればよ
く、ケース２上部からセラミック粒Ｓを落下させる点を
低くすることができるので、セラミック粒Ｓの供給ｍ造
を全体にコンパクト化することができる。

また、金属ナトリウムと反応１．７ないガラス粒を使用
することも可能である。

なお、この発明は前記実施例に限定されるものではなく
、この発明の趣旨から逸脱しない範囲内で任意に変更す
ることも可能である。

［発明の効果］ 以上、詳述したように−この発明によれば球状粒は金属
すトリウム、硫黄およびこれらの化学反応による生成物
どの反応が全くないため、消火時の安全性が向上し、集
合電池の火災を確実に消火することができるという効果
がある。

また、球状粒には吸湿性がないため球状粒の貯蔵管理が
容易であるとどもに、球状粒の拡散性がよいため供給す
るための設備構造を簡単にすることができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のｉ略説明図、第２図はセラミック粒お
よび砂の広がり面積と高さの関係を示す説明図、第３図
はセラミック粒および砂の安息角を示す説明図、第４図
は落下点の高さが等しい場合砂とセラミック粒との広が
り面積の関係を示す説明図１、第５図はセラミック粒を
使用する場合流出パイプをケースに設けた説明図１、第
６図は第５図に基ずくセラミック粒の拡散を示す説明図
、第７図は砂を使用する場合流出パイプをケースに設け
た説明図、第８図は第７図に基づく砂の拡散を示す説明
図である。 ２・・・ケース、５・・・集合電池、Ｓ・・・球状粒ど
してのセラミック粒や

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ナトリウム−硫黄電池により構成された集合電池群
   を収納したケース内に対し、前記電池の活物質および火
   災発生時の生成物と非反応性を有するとともに、吸湿性
   がなく絶縁性を有した多数の球状粒を流入することを特
   徴とするナトリウム−硫黄電池における火災の消火方法
   。