JPH04190563A - 高温電池の温度制御方法 - 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、長時間作動か可能なように高温電池内部の温
度制御を行うための高温電池の温度制御方法に関する。

［従来の技術］ 高温電池は、常温では不活性であるか高温に加熱すると
活性化し、外部Ｉ＼の電力供給か可能となる電池である
。この電池は常温で比抵抗か極めて高い溶融塩を電解質
に使用しているので、貯蔵中の自己放電か皆無に等しく
５〜１０年あるいはそれ以上の長期の貯蔵後においても
電池特性か製造直後とほとんと変わらない長所を有する
。従って、各種の緊急用電源として主に特殊分野におい
て新たな需要の創出か期待されており、当業界で着目さ
れている電池である。

電池特性上の特徴としては、高温で作動するので反応速
度か速いこと、電解質か溶融すると水溶液電解質と比へ
１．　／　ｌ　Ｏ１，’Ｊ下という極めて低い比抵抗を
示す等により負荷特性や出力特性か他種電池に比へ極め
て優れていること等かある。さらに、電池を利用する時
は内蔵の点火器に微弱な起動信号を入力するのみて瞬時
に発電を開始し、大電力か得られるのて即応性が良いな
と、他に見られない多くの特長を有している。

その反面、溶融塩を電解質に使用しているので数百度に
及ぶ発電可能温度を維持することか不可決であるか、従
来の保温技術を用いてもその温度を長時間維持し難く、
従って高温電池は１分から数分間程度の作動しかできな
い短所を有する。また、その用途も極めて特殊て、限ら
れた範囲の分野でしか採用されていないのが現状である
。

この短所を解決するために、従来から蓄熱、断熱、電池
系の観点から作動温度をいかに長時間にわたり維持させ
るかが課題てあった。つまり断熱についてはいかに熱伝
導係数の小さい断熱材料を選定して最適な厚さに電池設
言」するか、電池系についてはエネルキー密度の高い電
池系を選択し、単位体積当たりの熱容量を大きくするか
について努力か払われてきた。これらの最良の条件につ
いてＲ，に、Ｑｕｉｎｎらか２９ｔｈ　Ｐｏｗｅｒ　５
ｏｕｒｃｅｓＳ　ｙｍｐｏｓ　ｉ　ｕＩｎにて”Ｐｅｒ
ｆｏｒｍａｎｃｅ　ｄａｔａ　ｆｏｒ　ａｌｉｔｈｉｕ
＋ｎ−５ｉｌｉｃｏｎ／１ｒｏｎ　ｄｉｓｕｌｆｉｅｄ
、　ｌｏｎｇ−ｌｉｆｅ。

ｐｒｉｍａｒｙ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｂａｔｔｅｒｙ”で
公表している。

従来の蓄熱技術としては次のような考え方かあった。

（１）ｆＦｉ層発電体の上下端部に熱容量の大きい層を
設け、電池作動と同時に加熱昇温さぜる。

（２）積層発電体の上下端部に金属粉体の酸（ヒ反応層
を設け、その自己発熱を利用する。

（３）積層発電体を断熱層間に設けた発熱剤層で包め、
電池作動と同時に発熱剤層を燃焼させ熱流出を抑制する
。

（４）積層発電体の上下端部に溶融塩による凝固潜熱発
生層を設け、電池作動と同時に溶融塩を加熱溶融し、そ
の冷却時に発生ずる潜熱を利用する。

［本発明が解決しようとする課題］ 前記（］）の方法は、金属板、例えは鉄板と発熱剤を数
枚組み合わせて構成し、比熱と質量と昇温の積て表せる
熱容量を増加させることによって積層発電体の温度低下
を抑制するものであるか、質量を大きくとる必要かある
ため電池買足か増大する欠点かある。

＝３− 前記（２）の方法は、特許公報、特公昭６１−５５２２
４号に述へられており、金属粉末と酸化性溶融塩との発
熱反応を利用するものであるが、電池内部温度、粒径、
酸化性溶融塩濃度及び拡散速度などの制御因子か多い欠
点かある。

前記（３）の方法は、特許公報、特公昭４８−３３４５
７号に記述されている技術であって、断熱材層の層間に
発熱剤層を構成する場合において、特に円筒の軸方向の
構成か複雑で着火の信頼性か低く実用的でない。

前記（４）の方法は公表もされており本発明にも採用さ
れたものであるが、従来技術では１時間以上の保温は実
現し難い。そのため、従来は前記（１）〜（４）の技術
を組み合わせ、それらの相乗効果により、更に高性能の
保温技術を追及してきた。

現在でも、長時間の保温技術を求め懸命の努力が続ｉＪ
られている。

本発明は、前記従来技術の課題を改善して積層発電体の
温度低下を遅らせることかでき、かつ製造か容易で実用
的な長時間作動可能な高温電池の温度制御方法を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するだめの手段］ 本発明は、前記の課題を解決するため、負極にアルカリ
金属、アルカリ土類金属又はそれらの金属の合金を、電
解質に無機溶融塩を、正極に金属硫化物をそれぞれ用い
た発電要素と、金属粉末と酸化剤粉末の混合成型体から
なる発熱要素と、これらを保温するための溶融塩蓄熱剤
を含む蓄熱剤層と、これらを包囲する無機断熱材層とを
それぞれ用い、前記蓄熱剤層は前記発電要素に近接した
第１の蓄熱剤層と、断熱材によって第１の蓄熱剤層と分
離されて前記発電要素から離れて位置する第２の蓄熱剤
層とによって構成されており、前記第１の蓄熱剤層が前
記発電要素の作動とほぼ同時に加熱されて前記発電要素
を保温し、その後、例えは時系列のずれを生して第２の
蓄熱剤層が加熱されて保温を開始する温度制御方法であ
る。

［本発明の作用］ 本発明に係る高温電池の温度制御方法によれば、発電要
素、発熱要素及び第１の蓄熱剤層の温度か初期設定値に
低下してくると、第１の蓄熱剤層は溶融塩蓄熱剤の凝固
潜熱を放出し、発電要素側に供給する。そのため、この
温度は溶融塩蓄熱剤の凝固終了まで一定となり、その後
内部温度は再び低下を始める。ここまでは従来技術と同
様であるか、本発明は以下の技術か付加されている。す
なわち、この温度低下タイミンクを予めタイマー等で設
定しておき、第１の蓄熱剤層か作動してから時系列をす
らし、第２の蓄熱剤層の加熱を開始すると、第１の蓄熱
剤層と同様の効果か所定時間遅延して再び得られ、発電
要素の適切な保温か長時間維持されることになる。従っ
て、従来の場合よりも温度維持時間を大幅に改善できる
。また、断熱材を介して第２の蓄熱剤層を設けることは
技術的困難を伴わないので製造容易で実用的な高温電池
の温度制御方法であると言える。

［実施例］ 以下、本発明に係る高温電池の温度制御方法の実施例を
図面に従って説明する。

第１図は直列構成の発電要素と発熱要素からなる積層発
電体に、本発明を適用した電池構造を示している。

第１図において、発電要素１は、Ｌｉ、　Ｎａ。

Ｃａなとのアルカリ金属、アルカリ土類金属又はその合
金を活物質とする負極２、ＬｉＣ１−ＫＣＩ（融点３５
２°Ｃ）共融塩と酸化マクネシウムとの混合物からなる
電解質３及びＦ　ｅ　Ｓ　２　、　Ａ　ｇ　２　Ｓなと
の金属硫化物からなる正極４から構成される。発熱要素
５は鉄粉と過塩素酸カリウム（重量比で１−００・８８
）の混合物を加圧成型して得たペレット状発熱体て、２
２０　ｃａｌ／Ｈの発熱量を有し、発電要素］の熱容景
との関係により初期温度から００°Ｃになるようにその
使用量を決定する。これらの発電要素１と発熱要素５と
は交互に積層されて全体として積層発電体を構成してい
る。

６．６′は前記積層発電体の」１下に配置した第１の蓄
熱剤層で塩化ナトリウムと硫化リチウムの溶融塩蓄熱剤
と無機バインターの混合物からなり、前記積層発電体の
作動と共に発熱要素５によって約６００°Ｃに加熱され
、Ｎ　ａ　ＣＩ　　Ｌ　ｉ　２　Ｓ　Ｏ４か溶融し、４
９３℃に温度か低下すると蓄熱剤１ｇ当たり９４　、１
　ｃａｌ／ｇの凝固潜熱を発生するものである。７，７
′は前記積層発電体と第１の蓄熱剤層６．６′から離れ
て設けられた第２の蓄熱剤層であり、第１の蓄熱剤層と
同材料で構成される。８゜８′は発熱要素５と同材料か
らなる第２の蓄熱剤層用発熱体、９．９′は第２の蓄熱
剤層用点火器、１０．１０′は第２の蓄熱剤層用断熱材
である。

１１は外部タイマー（例えば電子タイマー）でプラス出
力端子１２とマイナス出力端子１３に並列接続されてい
る。プラス出力端子１２とマイナス出力端子１３間には
、前記積層発電体内の複数の発電要素１か電気的に直列
接続（又は並列接続）となる如く結線されている。そし
て、前記積層発電体の発電に伴って外部タイマー１１か
起動し、例えは６０分後にＩＡの電流を、１対の第２の
蓄熱剤層用入力端子１４に期間］○ｌ１ｌｓたけ通電し
、第２の蓄熱剤層用点火器９，９′を作動させるように
なっている。１５は起動用点火器、１６，１６′は１対
の起動用入力端子、１７は着火パット、＝８− １８は導火帯である。１つは積層発電体、第１の蓄熱剤
層、第２の蓄熱剤層などを包囲するように構成した無機
断熱材層、２０は外装ケース、２１は外装蓋である。

この電池の起動順序を述へると、まず１対の起動用入力
端子１６．１６′から］Ａの電流を］０ＩＩＩｓ程度通
電すると、起動用点火器１５か火炎を発して着火パット
１７を燃焼させ、その炎か導火帯］８に燃え移り燃焼伝
播しなから各層の発熱要素５を燃焼させ、発電要素］と
第１の蓄熱剤層６゜６′を加熱する。１個の発電要素１
は２　、１．　Ｖを発電し、全体として３０Ｖか得られ
、プラス出力端子１２及びマイナス出力端子］３を通し
て電力を外部に取り出す。外部タイマー１１は電池電圧
か５■以上になると自動的に起動して設定時間をカラン
ｌ−Ｌ始め、例えは６０分を経過すると、リート線及び
第２の蓄熱剤層用入力端子１４を什して、第２の蓄熱剤
層用断熱材１０．１０’に埋め込まれた点火器９，９′
に通電してイし失させる。

その火炎により第２の蓄熱剤層用発熱体８．８′が燃焼
して第２の蓄熱剤層７，７′を加熱昇温し、積層発電体
に熱供給すると共に４９３°Ｃに降温してくると凝固潜
熱を発生し、積層発電体に更に熱供給する。全体の保温
は無機断熱材層］９によって行なわれる。

次に、本実施例の効果を従来例と比較して第２図及び第
３図を用いて述べる。

本発明の効果を調へるために本実施例及び従来例の温度
制御方法を適用した高温電池をそれぞれ製作した。これ
らはいずれも３　Ａ　ｈ相当の活物質を充填した１５組
の発電要素１を用いた電池であり、］Ａ定電流放電にお
ける放電曲線は第２図の通りである。図中曲線Ａは本発
明の実施例の場合であり、容量２　、５　Ａ　ｈ及び持
続時間２時間３０分か得られた。一方、図中曲線Ｂの従
来例の場合では容ｉ　１　Ａ、　ｈ　、持続時間１時間
しか得られなかった。

この原因を調へるために電池中心部の温度を測定し、第
３図の結果を得た。本実施例の場合の曲線ＡＩと従来例
の曲線Ｂｉとの比較では、下降線部ａ１と１〕１．平坦
線部ａ２とｂ２．下降線部ａ３とｂ３はいずれも第２蓄
熱剤層用断熱材１０．１０′なとの効果により、実施例
の方の放熱か抑制され温度保持に改良か見られる。なお
、平坦線部ａ２及びｂ２は第１蓄熱剤層の効果て一定温
度が保たれている。上昇線部ａ４ては第２蓄熱剤層７，
７′が加熱されて再び温度上昇し、第２の凝固潜熱の発
生により平坦線部ａ５にて一定温度となり、その後低下
を続は電池作動限界温度４５０°Ｃを点ａ６にて割り込
み、電池の作動か終了する経過をなとっζいる。

なお、前記実施例では、第２の蓄熱剤層への点火は外部
タイマーを用いて点火器により行う方法について記述し
たか、第２の蓄熱剤用断熱材に延時剤を設けて時系列の
ずれ、をつくり着火させることも可能である。ここで、
延時剤は、金属粉末又はロタン化物等の還元性物質と過
酸化物、クロム酸塩、過マンカン酸塩等の酸（ヒ物質の
混合体と結合剤によって作られるものである。また、そ
の伝火速度は還元性物質及び酸化性物質の選択、それら
の組成、還元性物質の粒度、結合剤の種類、又はその他
の添加剤等によって著しく異なる。従って、遅延時間は
、上記物質の配合及び重量を変えることにより任意に調
節できる。下表にその一例を示す。

表　　延時剤成分 ［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれは、積層
発電体に近接した第１の蓄熱剤層と断熱材を介してこれ
と隣接する第２の蓄熱剤層によって構成される複合型の
蓄熱剤層を用いた温度制御方法を高温電池に採用したこ
とにより、従来例に比べ極めて長時間の内部温度の維持
か実現でき、長時間作動が可能な高温電池を提供するこ
とができるため、産業の発展への寄与か極めて大である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高温電池の温度制御方法の実施例
を説明するための高温電池の縦断面図、第２図は本発明
の実施例と従来例の出力電圧曲線を示す比較図、第３図
は同しく電池内部温度の比較図である。 １・・発電要素、２　・負極、３　・電解質、４　・正
極、５　発熱要素、６，６′・・・第１の蓄熱剤層、７
．７′　第２の蓄熱剤層、８，８′・第２の蓄熱剤層用
発熱体、９，９′　・第２の蓄熱剤層用点火器、１０．
１０′　・・第２の蓄熱剤層用断熱材、１１　タイマー
、１２　プラス出力端子、１３　・マイナス出力端子、
１４・・・第２の蓄熱剤層用入力端子、］５　起動用点
火器、］６．１６′　・・起動用入力端子、］７・・着
火パラ）〜、１８・・・導火帯、１つ　無機断熱材層、
２０・外装ケース、２１外装蓋。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルカリ金属、アルカリ土類金属又はそれらの金
   属の合金の負極、無機溶融塩の電解質及び金属硫化物の
   正極からなる発電要素と、金属粉末と酸化剤粉末の混合
   成型体からなる発熱要素と、溶融塩蓄熱剤を含む蓄熱剤
   層と、これらを包囲して構成した無機断熱材層とからな
   り、前記蓄熱剤層は前記発電要素に近接した第１の蓄熱
   剤層と前記発電要素から離れて位置する第２の蓄熱剤層
   とこれらの２つの蓄熱剤層を分離する断熱材とで構成さ
   れており、前記第１の蓄熱剤層は前記発電要素の作動と
   ほぼ同時に加熱され、その後に前記第２の蓄熱剤層が加
   熱されることを特徴とする高温電池の温度制御方法。