JPH04300563A - ナトリウム−硫黄電池における火災の消火装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ナトリウム−硫黄電
池における火災の消火装置に関わり、詳しくはナトリウ
ム−硫黄電池に異常が生じて、電池内部の陽極及び陰極
の活物質の化学反応により発生した火災を消火する火災
の消火装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気自動車や夜間電力貯蔵用の二
次電池として、約３００℃で動作するナトリウム−硫黄
電池の研究開発が進められている。このナトリウム−硫
黄電池は性能及び経済の両面で優れた特徴を有するもの
で、性能面では鉛蓄電池に比較して理論エネルギ密度が
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、両極活物質の利用率も高い。さらに、経済面
では金属ナトリウム及び硫黄が安価であるという利点を
有している。

【０００３】又、このナトリウム−硫黄電池は単体とし
て使用されることが少なく、複数個を直列に接続すると
共に、この直列接続した電池を複数集合した状態でケー
スに収容されている。そして、この集合電池をケース内
で約３００℃に加熱することにより、活物質となる金属
ナトリウム及び硫黄を溶融して、その溶融状態で活物質
のイオンを移動させ、互いに電気化学反応を行わせて所
定の電気エネルギを得るようになっている。

【０００４】ところが、この種のナトリウム−硫黄電池
においては、事故短絡電流等の過電流が流れると、電池
内部の固体電解質管が破壊されることがある。この破壊
時には、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し、それらが互
いに混合して化学反応を起こす。そして、この反応熱に
より電池自体のカバーが破壊されて、集合電池を収容し
たケース内で火災が発生するという問題があった。なお
、この火災の発生時に、水系の消火剤を使用することは
、溶融金属ナトリウムが水と激しく反応するため適当で
ない。

【０００５】このような問題に対処するため、ケースの
一側に供給パイプ及び排出パイプを接続し、電池のケー
ス内で火災が発生したとき、セラミック粒等の粒状消火
剤を窒素ガス等の不活性ガスと共に供給パイプからケー
ス内へ噴射供給しながら、そのケース内から排出パイプ
を介して不活性ガスを排出し、ケース内の集合電池相互
間の間隙に粒状消火剤を充填して、火災を消火するよう
にした消火装置が従来から提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
消火装置においては、排出パイプの内端に１つの排出口
が設けられているに過ぎないため、ケース内から排出さ
れる不活性ガスの気流に偏りが生じて、粒状消火剤がケ
ース内部の排出口から離間した隅部まで十分に充填され
ないという問題があった。

【０００７】このような問題に対処するために、ケース
の一側に複数の排出パイプを接続して、それらの内端に
設けられた複数の排出口からケース内の不活性ガスを排
出するように構成することも考えられるが、このように
構成した場合には、ケースの側壁に各排出パイプを接続
するための複数の貫通孔を設ける必要があって、ケース
の断熱効果が著しく低下し、電池の運転時における熱損
失が大きくなるという新たな問題が生じた。

【０００８】この発明は、このような従来の技術に存在
する問題点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、ケース内から排出される不活性ガスの
気流に偏りが生じるのを防止して、粒状消火剤をケース
内部の全体に亘ってむらなく均一に充填することができ
るナトリウム−硫黄電池における火災の消火装置を提供
することにある。

【０００９】

【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、この発明の消火装置においては、ナトリウム−硫
黄電池よりなる集合電池を収納したケースの一側に、そ
のケース内へ粒状消火剤を不活性ガスと共に噴射供給す
るための供給パイプと、ケース内から不活性ガスを排出
するための排出パイプとを接続し、その排出パイプの内
端には複数の排出口を分岐形成したものである。

【００１０】

【作　　用】上記のように構成されたナトリウム−硫黄
電池の火災消火装置において、ナトリウム−硫黄電池に
異常反応が生じてケース内で火災が発生すると、粒状消
火剤が不活性ガスと共に供給パイプからケース内へ噴射
供給されながら、そのケース内から排出パイプを介して
不活性ガスが排出され、ケース内の集合電池相互間の間
隙に粒状消火剤が充填される。このとき、排出パイプの
内端に複数の排出口が分岐形成されているため、ケース
内の不活性ガスが各排出口から気流に偏りを生じること
なく排出され、粒状消火剤がケース内部の全体に亘って
むらなく均一に充填される。従って、この充填された粒
状消火剤の断熱作用及び熱分散作用にて電池の異常反応
が抑制されて、電池の火災を迅速かつ確実に消火するこ
とができる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明を具体化したナトリウム−硫
黄電池における火災の消火装置の一実施例を、図面に基
づいて詳細に説明する。図１〜図４に示すように、電池
のケース１は内外二重の壁構造を有する四角箱型に形成
され、その内外の壁間には断熱材２が介装されると共に
、一側の開口部には断熱プラグ３が嵌着されている。 載置台４はケース１の内底部から所定間隔をおいて位置
するように、そのケース１の内底部に支持部材５を介し
て配設されている。

【００１２】複数個の集合電池６は前記載置台４の上面
に立設配置され、その内部には単体のナトリウム−硫黄
電池が上下方向に複数個積層されて直列に接続されてい
る。又、各単体のナトリウム−硫黄電池内には、固体電
解質管を介して金属ナトリウムと硫黄とが区分して収容
されている。電気ヒータ７はケース１の底部と載置台４
との間に配置され、この電気ヒータ７によりケース１内
の温度が約３００℃に加熱されて、集合電池６内の金属
ナトリウム及び硫黄が溶融される。

【００１３】給気パイプ８は前記ケース１の左側壁の下
部に設けられ、ケース１の初期加熱時にこの給気パイプ
８を介してケース１内に熱風が供給される。排気パイプ
９はケース１の左側壁の上部に設けられ、この排気パイ
プ９を介してケース１内の熱風が外部に排出される。そ
して、この両パイプ８，９による熱風の循環作用と、前
記電気ヒータ７の温度制御とによって、ケース１内の温
度が約３００℃に加熱される。

【００１４】供給パイプ１０は前記ケース１の右側壁の
上部中央に設けられ、その内端には供給口１０ａが形成
されている。そして、ケース１内に火災が発生したとき
、後述する粒状消火剤Ｓが不活性ガスＧと共に、この供
給パイプ１０を介してケース１内に供給される。排出パ
イプ１１は供給パイプ１０の近傍においてケース１の右
側壁の上部に設けられ、その内端には水平に延びる分岐
パイプ１２が連結されている。複数の排出口１２ａは分
岐パイプ１２の外面に所定間隔をおいて形成され、供給
パイプ１０の供給口１０ａとほぼ同一高さ位置、又はそ
れよりも若干高い位置に配置されている。そして、ケー
ス１内に粒状消火剤Ｓが不活性ガスＧと共に供給される
とき、この排出パイプ１１から不活性ガスＧが外部に排
出される。

【００１５】次に、この消火装置に使用する消火剤につ
いて詳細に説明すると、この実施例では前記粒状消火剤
Ｓとして、電池の活物質及び火災発生時の生成物に対し
て非反応性を有すると共に、吸湿性がなくて絶縁性を有
する多数の球状粒子が使用されている。具体的にはセラ
ミック材料や砂等を単独若しくは複数種組み合わせて構
成され、この実施例ではセラミック粒が使用されている
。

【００１６】そこで、このセラミック粒について詳述す
ると、セラミック粒の粒径は０．２〜２．０ｍｍの範囲
のものが好ましく、この実施例では０．８ｍｍのものが
使用されている。又、セラミック粒の表面は、摩擦係数
を小さくして集合電池６の相互間の間隙に流れ込み易く
するために平滑に形成されている。さらに、材料として
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等が適しており、この実
施例では長石質普通磁器が使用されている。又、これら
の材料の体積抵抗率は温度上昇に伴って若干低下するが
、少なくとも１ＭΩ−ｃｍの体積抵抗率を有している。

【００１７】そして、前記集合電池６内の金属ナトリウ
ムは凝固状態であっても、フッ化水素（ＨＦ）、塩化水
素（ＨＣｌ）、硫化水素（Ｈ２　Ｓ）、水素（Ｈ）、臭
素（Ｂｒ）、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、硫黄（Ｓ）
、水銀（Ｈｇ）、水（Ｈ２　Ｏ）等と反応するため、こ
れらの物質が含まれないセラミック粒を選択して使用す
る必要がある。

【００１８】又、集合電池６内の金属ナトリウム及び硫
黄が酸化反応した際には、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（Ｎａ２　ＯＨ）、過酸化ナトリウム（Ｎ
ａ２　Ｏ３　）、硫化ナトリウム（Ｎａ２　ＮＯ３　）
、二硫化炭素（ＣＳ２　）等がある。さらに、前記金属
ナトリウム及び硫黄の酸化反応時に、その酸化反応熱に
起因して空気中の窒素が酸化されて窒素酸化物（ＮＯｘ
　）が生成される。従って、これらの反応生成物質と反
応しないセラミック粒を選択して使用する必要もある。

【００１９】一方、前記粒状消火剤Ｓと共にケース１内
に噴射供給される不活性ガスＧとしては、ヘリウム、ネ
オン、アルゴンガス、窒素ガス等の乾燥状態のものが適
しており、この実施例においては窒素ガスが使用されて
いる。次に、前記のように構成されたナトリウム−硫黄
電池における火災の消火装置について動作を説明する。

【００２０】さて、通常は電池のケース１内が電気ヒー
タ７により約３００℃に加熱保持されて、集合電池６を
構成する単体のナトリウム−硫黄電池内の金属ナトリウ
ム及び硫黄が溶融した状態になっている。この状態にお
いて、ナトリウム−硫黄電池に異常反応等が生じて内部
の固体電解質管が破損すると、固体電解質管内の溶融し
た金属ナトリウムが陽極容器内の溶融した硫黄と直接接
触して混合される。これにより、主たる反応として次の
ような化学反応が行われ、多硫化ナトリウムが生成され
る。

【００２１】

【化１】２Ｎａ＋ＸＳ→Ｎａ２　ＳＸ　このとき、化学
反応熱が多量に発生して集合電池６自体のカバーが熱破
壊され、金属ナトリウム及び硫黄がケース１内に流出す
る。それにより、金属ナトリウムが空気中の酸素等とさ
らに反応して高温状態になり、他の集合電池６をも順に
破壊していくことになる。

【００２２】このようにケース１内で火災が発生すると
、図示しない熱センサやガスセンサにより火災事故が検
出され、ケース１内の電気ヒータ７への通電が停止され
る。その後、供給パイプ１０が開放され、粒状消火剤Ｓ
が不活性ガスＧと共に、供給パイプ１０を介してケース
１内に噴射供給されて、集合電池６の相互間の間隙に充
填される。このとき、排出パイプ１１の内端の分岐パイ
プ１２上に複数の排出口１２ａが分岐形成されているた
め、ケース１内の不活性ガスＧが気流に偏りを生じるこ
となく、各排出口１２ａから円滑に排出される。従って
、粒状消火剤Ｓはケース１内部に充填むらを生じること
なく、ケース１内全体に亘って均一に充填されて、消火
が効果的に行われる。

【００２３】そして、この充填されたセラミック粒より
なる粒状消火剤Ｓはその比熱容量により、ケース１内に
流出した金属ナトリウム及び硫黄を冷却する。これによ
り、硫黄は熱を奪われて凝固し、化学反応が停止して化
学的に安全な物質に変化する。一方、金属ナトリウムも
熱を奪われて凝固する。又、この粒状消火剤Ｓは空気中
の酸素及び水分等と反応している金属ナトリウム全体を
覆うため、これらの化学反応が抑制される。さらに、火
災に伴って発生した熱や高温のガスが断熱性の高い粒状
消火剤Ｓの層に妨げられて、健全な集合電池６を類焼破
壊するのが防止されるため、火災部分は局限化されて迅
速かつ確実に消火される。

【００２４】又、粒状消火剤Ｓと金属ナトリウム及び硫
黄とは化学的に全く反応しないため、二次的災害の問題
もない。さらに、粒状消火剤Ｓは吸湿性が全くないため
、これが水分等と化学反応して新たに火災源となること
もない。一方、ケース１内に供給された不活性ガスＧに
も、粒状消火剤Ｓの消火作用を促進する機能があるため
、この点からも消火が一層迅速かつ確実に行われる。

【００２５】又、この実施例においては、ケース１の右
側壁に接続された１個の排出パイプ１１の内端に分岐パ
イプ１２が連結され、その分岐パイプ１２の外面に複数
の排出口１２ａが形成されているため、ケース１の側壁
に複数の排出パイプを接続して、それらの内端に排出口
をそれぞれ設けた構成のように、ケース１の断熱効果が
著しく低下して、電池の運転時における熱損失が大きく
なるという問題が発生することもない。

【００２６】なお、この発明は前記実施例の構成に限定
されるものではなく、例えば、排出パイプ１１の内端に
複数の分岐パイプ１２を放射状等に連結し、これらの分
岐パイプ１２の先端に排出口１２ａをそれぞれ設ける等
、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することも可能である。

【００２７】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているため、ケースの断熱効果を低下するおそれもな
く、ケース内から排出される不活性ガスの気流に偏りが
生じるのを防止することができて、粒状消火剤をケース
内部の全体に亘ってむらなく均一に充填することができ
るという優れた効果を奏する。

【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
おける火災の消火装置の一実施例を示す概略横断面図で
ある。

【図２】その消火装置の詳細を示す縦断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線における断面図である。

【図４】排出パイプを取り出して示す部分斜視図である
。

【符号の説明】

１　　ケース、６　　集合電池、１０　　供給パイプ、
１１　　排出パイプ、１２　　分岐パイプ、１２ａ　　
排出口、Ｓ　　粒状消火剤、Ｇ　　不活性ガス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ナトリウム−硫黄電池よりなる集合電
   池を収納したケースの一側に、そのケース内へ粒状消火
   剤を不活性ガスと共に噴射供給するための供給パイプと
   、ケース内から不活性ガスを排出するための排出パイプ
   とを接続し、その排出パイプの内端には複数の排出口を
   分岐形成したことを特徴とするナトリウム−硫黄電池に
   おける火災の消火装置。