JPH04303466A - 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、供給パイプ及び排出パイプがケー
スの側壁に貫通して設けられているため、特に、ケース
の側壁に熱風の給気パイプ及び排気パイプを接続して、
電池の運転開始時等に、この給気パイプからケース内に
熱風を供給すると共に、排気パイプからケース内の熱風
を排出して、ケース内の温度を所定温度まで初期加熱す
るようにした電池においては、ケースの側壁に多数のパ
イプが貫設されて、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問題が
あった。

【０００７】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、ケースの側壁に貫通するパイプの数を
減少させて、ケース自体の断熱効果が低下するのを防ぐ
ことができ、電池の運転時における熱損失を低減するこ
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。

【０００８】

【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側壁に、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、ケース内から熱風を排出するた
めの排気パイプと、ケース内への熱風の供給及びケース
内からの不活性ガスの排出を兼用する給排兼用パイプと
を接続したものである。

【０００９】第２発明の消火装置においては、給排兼用
パイプには熱風供給源と排出部とを選択的に連結するた
めの切換弁を設けたものである。

【００１０】

【作　　用】上記のように構成されたナトリウム−硫黄
電池において、電池の運転開始時等には、切換弁の切り
換えにより給排兼用パイプに熱風供給源が連結され、給
排兼用パイプからケース内に熱風が供給されると共に、
排気パイプからケース内の熱風が排出されて、ケース内
の温度が所定温度まで初期加熱される。

【００１１】又、このナトリウム−硫黄電池に異常反応
が生じてケース内で火災が発生した場合には、初期加熱
後に切換弁を切り換えておくことにより給排兼用パイプ
にガス排気部が連結され、この状態で粒状消火剤が不活
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、そのケース内から給排兼用パイプを介して不活性
ガスが排出されて、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。そして、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、電池の火災が迅速かつ確実に消火される。

【００１２】

【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。

【００１３】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。

【００１４】給排兼用パイプ８は前記ケース１の左側壁
の下部に設けられ、この給排兼用パイプ８には切換弁９
を介して熱風供給源から延びる連結パイプ１０が接続さ
れると共に、切換弁１１及び逆止弁１２を介してガス排
出部へ延びる連結パイプ１３が接続されている。そして
、ケース１の初期加熱時に、一方の切換弁９が開放され
ると共に他方の切換弁１１が閉鎖されて、この給排兼用
パイプ８からケース１内に熱風が供給される。

【００１５】排気パイプ１４は前記ケース１の左側壁の
上部に設けられ、この排気パイプ１４には開閉弁１５が
接続されている。そして、前記ケース１の初期加熱時に
開閉弁１５が開放され、給排兼用パイプ８からケース１
内に供給されると共に、集合電池６の相互間の間隙を通
って上昇された熱風が、この排気パイプ１４から外部に
排出されて、この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℃ま
で初期加熱される。

【００１６】供給パイプ１６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１６ａ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１６を介してケース１内に供給される。側面形
ほぼＵ字状の排出パイプ１７はケース１内の右側寄りに
立設配置され、その上端には一対の排出口１７ａが供給
パイプ１６の供給口１６ａと同一高さ位置、又はそれよ
りも若干高い位置に形成されている。収集パイプ１８は
排出パイプ１７の下端中央に連結され、載置台４の下面
に沿って左方に延びている。そして、この収集パイプ１
８の先端開口部１８ａが給排兼用パイプ８の内端開口部
８ａに対して、上方及び側方に若干ずらして対向配置さ
れている。

【００１７】埋没防止カバー１９は前記収集パイプ１８
の先端開口部１８ａを覆うようにケース１内の左側下部
に設けられ、粒状消火剤Ｓが不活性ガスＧと共に供給パ
イプ１６からケース１内に供給されるとき、収集パイプ
１８の先端開口部１８ａが粒状消火剤Ｓによって埋没さ
れるのを防止している。そして、粒状消火剤Ｓが不活性
ガスＧと共にケース１内へ供給されるときには、一方の
切換弁９が閉鎖されると共に他方の切換弁１１が開放れ
、この状態でケース１内の不活性ガスＧが排出口１７ａ
から排出パイプ１７及び収集パイプ１８を通して先端開
口部１８ａ側に導かれた後、給排兼用パイプ８を介して
ケース１外に排出される。

【００１８】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
。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】又、集合電池６内の金属ナトリウム及び硫
黄が酸化反応して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（Ｎａ２　ＯＨ）、過酸化ナトリウム（
Ｎａ２　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（ＮＯ
ｘ　）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
。

【００２２】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。

【００２３】さて、このナトリウム−硫黄電池において
、電池の運転を開始するための加熱時には、一方の切換
弁９が開放されると共に他方の切換弁１１が閉鎖されて
、給排兼用パイプ８に図示しない熱風供給源が連結され
、さらに開閉弁１５が開放される。この状態で給排兼用
パイプ８からケース１内に熱風が供給され、その熱風は
載置台４の下部空間の内圧を高め、集合電池６の相互間
の隙間に合わせて載置台に設けてある多数の孔を通して
上昇した後に排気パイプ１４から外部に排出される。 そして、この熱風の循環作用と電気ヒータ７の温度制御
とにより、ケース１内の温度が約３００℃の所定温度ま
で初期加熱される。その後、一方の切換弁９及び開閉弁
１５が閉鎖されて熱風の循環が停止され、ケース１内の
温度が電気ヒータ７により約３００℃に保持される。こ
れにより、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は溶融状態に保持さ
れる。

【００２４】ケース内の加熱が完了したら、他方の切換
弁は開放しておく。逆止弁１２はケースの内圧が上昇す
ると、逆止弁内のスイング弁体が圧力差で開くが、常時
は前後が等圧であるので、弁体の自重により閉鎖し、高
温の内気は連結パイプ１３に逃げないようになっており
、また、外気が連結パイプ１３を通してケース内に入る
ことは逆止弁の機能として防止できるものである。

【００２５】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
硫化ナトリウムムが生成される。

【００２６】

【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。

【００２７】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。それと同時に、一方の切換弁９は閉鎖されており、
他方の切換弁１１は開放されているので、給排兼用パイ
プ８に図示しないガス排出部が連結された状態にあり、
この状態で粒状消火剤Ｓが不活性ガスＧと共に供給パイ
プ１６からケース１内に噴射供給され、その不活性ガス
Ｇが排出口１７ａから排出パイプ１７及び収集パイプ１
８を通して先端開口部１８ａ側に導かれた後、給排兼用
パイプ８、逆止弁１２、連結パイプ１３を介してケース
１外に排出される。この場合にはケース内圧は、不活性
ガスＧの噴射により外気より上昇するので、逆止弁１２
内の弁体は開弁し、不活性ガスＧの排出に何ら支障はな
い。これにより、粒状消火剤Ｓが集合電池６の相互間の
間隙に充填されて、ケース１内の火災が消火される。

【００２８】すなわち、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。

【００２９】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。

【００３０】又、この実施例においては、給排兼用パイ
プ８により、ケース１内への熱風の供給とケース１内か
らの不活性ガスＧの排出とを兼用するようになっている
ため、ケース１の側壁に貫通するパイプの数を減少させ
ることができてる。従って、ケース１の側壁に多数のパ
イプが貫通することによって、ケース１自体の断熱効果
が低下するのを防止することができ、電池の運転時にお
ける熱損失を低減することができる。

【００３１】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、給排兼用パイプ８を１つ
の切換弁の切り換えによって、熱風供給源側とガス排出
部側とに連結するように構成する等、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。

【００３２】

【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、ケースの側壁に貫通するパイプの数を減
少させて、ケース自体の断熱効果が低下するのを防ぐこ
とができ、電池の運転時における熱損失を低減すること
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縦断面図で
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】排出パイプ及び収集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、８　　給排兼用パイプ
、９　　切換弁、１１　　切換弁、１４　　排気パイプ
、１６　　供給パイプ、Ｓ　　粒状消火剤、Ｇ　　不活
性ガス。

Claims (2)

【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側壁に、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
   、ケース内から熱風を排出するための排気パイプと、ケ
   ース内への熱風の供給及びケース内からの不活性ガスの
   排出を兼用する給排兼用パイプとを接続したことを特徴
   とするナトリウム−硫黄電池における火災の消火装置。
2. 【請求項２】　　給排兼用パイプには熱風供給源とガス
   排出部とを選択的に連結するための切換弁を設けた請求
   項１に記載のナトリウムー硫黄電池における火災の消火
   装置。