JPH0531205A - ナトリウム−硫黄電池における放圧装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 通常時においては、ナトリウム−硫黄電池を
収容するケース内部の熱の漏洩を抑制するとともに、異
常時においては簡単な構造により、ケース内の圧力が上
昇した場合にも、その圧力を迅速に外部へ放出する。 【構成】 ナトリウム−硫黄電池よりなる集合電池６を
収納したケース１の側壁に、そのケース１内から熱風を
排出するための排気パイプ８を備え、前記排気パイプ８
の通路に対し常には該通路を自重により閉鎖し、ケース
内の圧力が上昇した場合には、通路を開放する開閉弁９
を設ける。

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
における放圧装置に関わり、詳しくはナトリウム−硫黄
電池に異常が発生して電池内部の陽極及び陰極の活物質
の化学反応により火災が発生した場合に、ケース内部の
圧力を放出する放圧装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気自動車、夜間電力貯蔵用の二
次電池として性能面及び経済面の両面において優れ、約
３００℃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。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エネルギー密度が高く、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、両極活物質の利用率も高く、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
ては使用されることが少なく、複数個直列に接続すると
ともに、この直列接続した電池を複数集合し、この集合
電池をケースに収容してヒーターにより約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、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。

【０００４】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と、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、混合して急激な化学反
応を起こし、その反応熱により、電池自体のケースが破
壊され、集合電池を収容するケース内で火災が発生す
る。

【０００５】この火災に対処するため、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とも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】この従来の消火装置に
おいては、ケース内部の電池の運転温度（約３００℃）
を保持する必要があるので、可能な限りケース外部への
熱の流出を抑制するため、各部材を低熱伝導材により形
成するとともに、大気の出入りも抑制する必要がある。
さらに、前記消火装置が動作する際には、排出パイプが
開放されていることが条件となり、かつケース内の電池
が何らかの事情により爆発炎上する場合にも、ケース内
部の圧力を逃がす開口部が存在しないと、より大きな圧
力破壊をもたらすことになる。このため、異常時のケー
ス内部の圧力逃しを兼用して前記消火装置の排出パイプ
を設ける際に、その排出パイプは通常時には閉鎖され、
爆発時又は消火装置の作動時のみ開放することが要求さ
れる。

【０００７】この対策として排出パイプの途中に電磁弁
等の自動弁を配設する構造も考えられるが、配線や制御
回路が必要になるという問題があった。又、排出パイプ
に栓を係合したり、排出パイプ内に綿状の固形物を挿入
する方法は、栓等の摩擦力で保持されるので、外れる際
の内圧を一定にするのが困難で、栓が排出パイプ内に残
留したり、又、電池の常温から運転温度の間の温度変化
の際、ケース内空気の膨張・収縮作用により外れてしま
うおそれもある。

【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、通常時においては、ナトリウム−硫黄
電池を収納するケース内部の熱の漏洩を抑制するととも
に、異常時においては簡単な構造により、ケース内の圧
力が上昇した場合にも、その圧力を迅速に外部へ放出す
ることができるナトリウム−硫黄電池における放圧装置
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明はナトリウム−
硫黄電池よりなる集合電池を収納したケースの側壁に、
そのケース内から熱風もしくは消火剤搬送の不活性ガス
を排出するための排気パイプを備え、前記排気パイプの
通路に対し常には該通路を自重により閉鎖し、ケース内
の圧力が上昇した場合には、通路を開放する開閉弁を設
けることを要旨とする。

【００１０】

【作用】この発明は電池の通常運転状態ではケース内外
の圧力が等しいので、排気パイプに設けた開閉弁はその
自重により閉鎖位置にあり、ケース内部の熱放出が防止
され、熱効率が低下することはない。

【００１１】又、ケース内においてナトリウムと硫黄の
異常反応が生じて電池の火災が発生すると、ケース内が
高温となり、反応により生じるガスにより圧力が上昇す
る。この圧力の上昇により排気パイプに設けた開閉弁が
開放され、ケース内の圧力が異常に高くなるのが抑制さ
れる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明を具体化したナトリウム−硫
黄電池における放圧装置の第１実施例を、図１〜図３に
基づいて詳細に説明する。

【００１３】図１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が介装されるとともに、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。

【００１４】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。なお、この集合電池６に代えて１個の単電池を並列
に集合させる場合もある。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。

【００１５】排気パイプ８は前記ケース１の右側壁の上
部に設けられ、この排気パイプ８には開閉弁９が装着さ
れている。この開閉弁９は図３に示すように排気パイプ
８の先端部に支持したブラケット１０に連結ピン１１を
介して開閉可能に取着されている。そして、開閉弁９は
その自重により排気パイプ８の先端に形成した開口斜面
を閉鎖し、又、ケース１内の圧力が所定圧力以上になつ
た場合に、自重に抗して開放され、ケース１内の圧力を
放出するようにしている。この開閉弁９としては熱に強
く、かつ排気の際の抵抗を少なくするために軽量な材
質、例えばアルミニウム、チタン等が使用される。

【００１６】供給パイプ１２は前記ケース１の右側壁の
上部中央に設けられ、その供給口１２ａ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とともに、この供給パイ
プ１２を介してケース１内に供給される。

【００１７】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
を有するとともに、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。

【００１８】次に、前記のように構成されたナトリウム
−硫黄電池における放圧装置について動作を説明する。
さて、このナトリウム−硫黄電池において、ケース１内
の温度が約３２０℃の所定温度に保持された状態では、
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。

【００１９】開閉弁９は常時はケース１内外の圧力が等
しいので、弁９の自重により排気パイプ８を閉鎖し、高
温の内気は排気パイプ８から外部に逃げることはない。
又、外気が排気パイプ８を通してケース１内に入ること
も逆止弁の機能を有しているので防止できる。従って、
ケース１内から外部に熱が放出されるのを抑制して熱効
率を向上することができる。

【００２０】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】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
リウムは、硫黄と反応するだけでなくその生成物および
未反応のナトリウム、硫黄も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。又、ケース１内が高温に加熱され、
またナトリウムと硫黄の反応により生じたガスでケース
１内の圧力が上昇するため、ケース１内の気体は排気パ
イプ８を通って、開閉弁９を開放して外部に放出され
る。このため、ケース１内の圧力が異常に上昇するのが
抑制され、断熱容器が内圧破壊するのが抑制される。

【００２２】さらに、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
事故が検出されると、粒状消火剤Ｓが不活性ガスＧとと
もに供給パイプ１２からケース１内に噴射供給され、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。又、不活性ガスＧの噴
射によりケース１内の圧力が外気よりさらに上昇するの
で、排気パイプ８から不活性ガスＧの排出が円滑に行わ
れる。

【００２３】次に、この発明の第２実施例を図４及び図
５に基づいて説明する。なお、前記第１実施例と同様の
機能を有する部材については構成説明を省略する。この
第２実施例は、昇温用の熱風をケース１内に吹き込む装
置を備えている場合に、その熱風入口部を分岐して本発
明でいう圧力逃がし又は不活性ガスによる消火剤投入の
ガス排出口にしたものである。

【００２４】給排兼用パイプ１３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１３には切換
弁１４を介して熱風供給源から延びる連結パイプ１５が
接続されるとともに、切換弁１６及び排気パイプ１７が
接続されている。この排気パイプ１７の先端には前記開
閉弁９が装着されている。そして、ケース１の初期加熱
時に、一方の切換弁１４が開放されるとともに他方の切
換弁１６が閉鎖されて、この給排兼用パイプ１３からケ
ース１内に熱風が供給される。

【００２５】排気パイプ１８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１８には開閉弁１９が
接続されている。そして、前記ケース１の初期加熱時に
も開閉弁１９が開放され、給排兼用パイプ１３からケー
ス１内に供給されるとともに、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１８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３０
０℃まで初期加熱される。

【００２６】ほぼＵ字状の排出パイプ２０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
２０ａが供給パイプ１２の供給口１２ａ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２１は排出パイプ２０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２１の先端開口部２１ａが給排兼用パイプ
１３の内端開口部１３ａ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。

【００２７】埋没防止カバー２２は前記収集パイプ２１
の先端開口部２１ａ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とともに供給
パイプ１２からケース１内に供給されるとき、収集パイ
プ２１の先端開口部２１ａ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とともにケース１内へ供給されるときには、一
方の切換弁１４が閉鎖されるとともに他方の切換弁１６
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２０ａから排出パイプ２０及び収集パイプ２１を通し
て先端開口部２１ａ側に導かれた後、給排兼用パイプ１
３を介してケース１外に排出される。

【００２８】この第２実施例のナトリウム−硫黄電池に
おける放圧装置について動作を説明する。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１４が開放されるととも
に他方の切換弁１６が閉鎖され、開閉弁１９が開放され
た状態で、給排兼用パイプ１３に図示しない熱風供給源
が連結され、給排兼用パイプ１３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１８か
ら外部に流出される。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１４及び開閉弁１９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３
００℃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。

【００２９】ケース１内の加熱が完了したら、他方の切
換弁１６は開放状態に保持される。開閉弁９は常時はケ
ース１内外の圧力が等しいので、弁９の自重により排気
パイプ１７を閉鎖し、高温の内気は排気パイプ１７から
外部に逃げることはない。又、外気が排気パイプ１７を
通してケース１内に入ることも逆止弁の機能を有してい
るので防止できる。従って、ケース１内から外部に熱が
放出されるのを抑制して熱効率を向上することができ
る。

【００３０】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１４は閉鎖されてお
り、他方の切換弁１６は開放された状態で粒状消火剤Ｓ
が不活性ガスＧとともに供給パイプ１２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２０ａから
排出パイプ２０及び収集パイプ２１を通して先端開口部
２１ａ側に導かれた後、給排兼用パイプ１３、排気パイ
プ１７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、開閉弁９は開放され、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。

【００３１】又、この第２実施例においては、給排兼用
パイプ１３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。

【００３２】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、前記開閉弁９を図６に示
すようにケース内蔵型に形成して排気パイプ８（１７）
の途中に設ける等、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。

【００３３】

【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、通常時においては、ナトリウム−硫黄電
池を収容するケース内部の熱の漏洩を抑制するととも
に、異常時においては簡単な構造により、ケース内の圧
力が上昇した場合にも、その圧力を迅速に外部へ放出す
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
おける放圧装置の第１実施例を示す縦断面図である。

【図２】その放圧装置の平断面図である。

【図３】開閉弁を示す拡大分解斜視図である。

【図４】この発明の第２実施例を示すナトリウム−硫黄
電池における放圧装置の縦断面図である。

【図５】その放圧装置の平断面図である。

【図６】開閉弁の平断面図である。

【符号の説明】 １ ケース、６ 集合電池、８，１７ 排気パイプ、９
開閉弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【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、そのケース内から熱風を排
   出するための排気パイプを備え、前記排気パイプの通路
   に対し常には該通路を自重により閉鎖し、ケース内の圧
   力が上昇した場合には、通路を開放する開閉弁を設けた
   ことを特徴とするナトリウム−硫黄電池における放圧装
   置。