JPH0574199B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属ハロゲンバツテリー装置の改良に
関するものであり、更に詳細には、本発明は現今
の容器材料の温度限界内で水素／ハロゲンの実質
的にあらゆる濃度で、安全に且つ能率的に操作す
ることのできる有効な水素／ハロゲン反応器を包
含している金属ハロゲンバツテリーの改良構造体
に関するものである。

本明細書に関連するタイプの電気エネルギー貯
蔵装置（例えば亜鉛−塩素バツテリー装置）で
は、貯蔵装置の通常の放電中に、通常正極で還元
のためのハロゲン成分供給源としてハロゲン水和
物を、又通常負極で酸化されるの適した酸化性金
属を使用する。正極でハロゲン成分が還元される
につれて、これを補給するために水性電解液を使
用する。電解液は酸化金属及び還元ハロゲを溶解
イオンを含有し、且つ電極領域と、電気エネルギ
ー装置の通常の放電中に漸進的に分解するハロゲ
ン水和物を含有している貯蔵領域との間を循環さ
せられ、正極で消費されることになる追加の元素
ハロゲンを遊離する。このダイプの電気エネルギ
ー貯蔵装置すなわちバツテリー装置は、本願と同
一の出願人の先行特許、例えは米国特許の第
3713888階明細書、第3993502号明細書、第
40001036号明細書、及び第4146680号明細書に開
示してある。このような装置は、本出願人が作製
し発表した報告書、例えば電力研究協会
（Electric Power Research Institute）刊行の、
1979年４月付けのイー・ピー・アール・アイ リ
ポート イー・エムー1051（EPRI Report EM−
1051）（第１部〜第３部）にも記載してある。本
明細書では、上記の米国特許明細書及びイー・ピ
ー・アール・アイ リポートの明細な教示を併せ
て参考資料とする。

例えば亜鉛−塩素バツテリーのような金属ハロ
ゲンバツテリーの循環中に、亜鉛電極で水素が少
量発生する。水素ガスは通常化学反応によつて塩
素ガスと再結晶して塩化水素を形成する（イー・
ピー・アール・アイ リポート イー・エムー
1051の第51−11ページ参照）。水素濃度が低い
（例えば約１〜５％）場合には、反応は円滑に進
行する。しかしながら、ある条件下では、水素ガ
スがバツテリー装置内に蓄積することがあつて、
これが面倒になることがある。なぜならは、水素
濃度が高い（例えば約10％又はこれ以上）場合に
は、水素と塩素との間の反応が自己増殖性にな
り、従つてバツテリー容器を割るが、又は破裂さ
せることのできる圧力前線に発生することがある
からである。その上、水素の濃度が濃い場合、す
なわち蓄積が多い場合には、反応を行うための先
行技術（例えばイー・ピー・アール・アイ リポ
ート イー・エムー・1051の第15−11ページに示
した）は十分ではない。可動機械に使用する際
に、特にこのようなバツテリー装置を使用に関し
て、このこのは重大に問題である。

種々の操作条件の下では、バツテリー装置内で
水素濃度を増加させて有意水準にすることは多く
の合倍好ましい。しかしながら、最後には装置の
PHを維持するために、安全な信頼できる方法で水
素を塩素と再結晶させて塩化水素を再び生成させ
なければならない。ある場合には、高濃度の水素
のために、炎前線の波及がバツテリーのガス空間
に戻るのを阻止すために、反応器とガス空間との
間に炎防止装置挿入した。このタイプの技法は、
1981年10月28日にハモンド（Hammod）その他
が出願した、一般に出間人の係属中の米国特許出
願第326044号明細書で検討している。彼等の燃焼
防止装置技法は十分作用するが、しかし特に水素
濃度が高いときには、ガス空間内の反応温度が、
反応容器材料の安定である温度をよく越えること
がある。本発明では、現在の容器材料の温度限度
内で、水素／ハロゲンのすべての濃度で安全に且
つ効率よく作用することのできる有効な水素／ハ
ロゲン反応器を開示する。

本発明の目的は、水素−ハロゲン反応装置に現
在使用されている材料の温度限度内で、水素／ハ
ロゲンのあらゆる濃度で、安全かつ効率的に操作
することのできる、水素−ハロゲン反応装置を有
するバツテリー構成体を提供することである。

図面では本発明によるバツテリー構成体の模式
図を示す。

本発明によるバツテリー装置には二つの反応帯
域のある新規の反応器装置を包含している。第一
反応帯域では、バツテリー排気筒から出た水素／
ハロゲン混合物（例えば水素−塩素混合物）は、
水又は電解液を満たしてあつて、これに漬かつて
いる反応開始器装置を内臓している帯域に入る。
この装置は、蛍光光線、紫外光線、熱開始器など
のような若干の適切な装置のうちのどれでもよ
い。蛍光光線のような、光化学反応開始器が好ま
しい。この第一帯域では、水素塩素混合物は水素
水準が約15％以上で反応して、反応熱が第一反応
帯域の水又は電解液に伝達される。本発明の好ま
しい実施態様では、バツテリーから出る電解液の
わずかの流れが、この最初の、すなわち第一の反
応帯域を流通して、中の温度上昇を最小限に保た
せている。水又は電解液を満たしてある第一反応
帯域も又有効な液帯捕捉器の作用をして、水素濃
度水準がもつと高くなることが多くなる虞のある
バツテリー貯液槽領域へ逆火するのを防止する。
水素が約15％よりも低い水素濃度では、第一反応
帯域内の浸漬反応開始器、すなわち蛍光光線は水
素／塩素混合物の安全な再結晶を促進するには不
十分であることが判明した。それ故、本発明によ
つて、第二反応帯域、すなわち室を反応器装置と
組み合わせてあつて、第一反応帯域を通過したガ
ス混合物が、室になつている第二反応帯域に入
り、且つ第二室内では、ガス混合物が室になつて
いる空間いある第二反応開始器装置（例えば蛍光
光線）の上を通過する。このタイプの構成要素の
配置は、水素水準が低いともでさえも、水素と塩
素との採再結合に非常に有効であることがわかつ
た。本明細書で開示した反応器装置の主要な利点
は、水素濃度が高いとき、及い低いときの両方の
濃度の水素は、反応器又はバツテリー構造帯の組
み合わせ部品を過熱させないで安全に扱うことが
できることである。

本発明によるバツテリー装置の実施態様の基本
的な操作を次に説明する。図面では、塩素、電解
液、水及び熱を所望するように流すことのできる
装置を設けてある記号１０を付けた亜鉛−塩素バ
ツテリー装置を示す。

充電するときには、ポンプＰ１が電解液を、バ
ツテリー排気筒１５の中の多孔質グラフアイト塩
素電極１４の対の間のポケツト１２に送る。電解
液は多孔質塩素電極１４を流通して、亜鉛電極１
７と塩素電極１４との間の室１６の流入し、電極
の間を上向きに流れ、最後に高抵抗のカスケード
を通り抜けて貯液槽１８に戻る。塩素ガスは記号
Ｐ２のポンプで導管Ｃを経て送る。塩素ガスはポ
ンプＰ２に入る前に、導管Ｗを通つて貯蔵装置２
０の底部から来る冷水と混合させる。ガスポンプ
Ｐ２の中で塩素と冷水とを混合させれば塩素水和
物が生成し、塩素水和物−水混合物が導管Ｈを通
過して貯蔵装置２０の中に沈積する。導管Ｗの中
の水は熱交換器内を通過して冷却される冷凍装置
２２によつて冷却させたグリコールは導管Ｒを通
つて熱交換器に入る。

放電のときには導管Ｄのバルブ２４を開いて、
温かい電解液の流れを貯蔵装置内に熱交換器２６
の中を通過させる。塩素は貯蔵装置２０内で塩素
水和物の分解で生成する。貯蔵装置内で必要な圧
力が発生すれば、導管Ｇバルブ２８が開いて、塩
素は電解液ポンプＰ１の高圧側の導管Ｅに入流す
る。塩素は電解浮液に溶解し、次にこれを多孔質
グラフアイト塩素電極１４に供給する。次にバツ
テリー排気筒１５を排気させることができ、この
場合亜鉛電極１７では亜鉛の電極溶解が起こり、
塩素電極１４では溶解塩素の還元が起こり、バツ
テリー端子３０，３１では電力が得られ、且つ塩
化亜鉛を生成する亜鉛と塩素との反応によつて、
電解液中に塩化亜鉛を生成する。

本発明の明細書の初めに言及したように、バツ
テリーの反覆中に、亜鉛電極では、ある量の水素
が発生する。ある条件下では、水素は装置の中に
蓄積することがあり、設備がしてなければ、これ
が水素と塩素との間の自己増殖版応をもたらし
て、バツテリー容器の破裂又は損傷を起こしうる
結果になる厄介な事態を引き起こすことがある本
発明によれば、７０に記号を付けてある独特の反
応器装置の中で水素を塩素ガスとの反応で再結晶
させて、塩化水素を生成させる次に反応器装置７
０の操作を説明する。

反応器７０には、これと組み合わせて、反抗器
７０の中の第一反応帯域である水性媒質７４の中
にガス混合物を導入又は泡出させるように、水素
と塩素とを含有するガス混合物をバツテリー貯液
槽の上部のガス空間から導管７３を通つて送るガ
スポンプ７２を包含している。バツテリー装置か
ら出てくる電解液であるのが好ましい水性媒質７
４の液面を、液体とガスとを返送する導管７５に
よつて、あらかじめ定めてある所望の水準に維持
する。水素と塩素とを含有するガス混合物を水性
媒質７４の中を通して泡出させるときに、蛍光光
線などであつてもよい光化学反応開示器７６が、
水性媒質内の水素と塩素とを案応させて塩化水素
を生成させ、これが次に水性媒質に実質的に溶解
して、導管７５によつてバツテリー装置に戻る。
水性媒質７４の中で反応しない過剰の水素と塩素
とは次い、室になつている第二反応帯域７７、す
なわち水性媒体７４の液面上のガス空間に流入す
る。室７７の入では、残つている水素ガスと塩素
ガスとが、第二反応開始器装置７８で反応させら
れ、こうして室７７で生成した塩化水素ガスも又
返送導管７５を通つてバツテリー装置に戻され
る。好ましい実施態様では、反応器７０内の水性
電解液の量を所望に水準ち維持するように、反応
器７０に供給される電解液を量を制御する設計に
なつているオリフイス８０を通して、バツテリー
装置の導管Ｅから電解液を送る供給導管７９によ
つて、第一反応帯域内を水性電解液７４の量を所
望の水準に維持する。これまでに説明したタイプ
の反応器構造体は水素水準の低い場合でさえ、水
素と塩素との再結晶に非常に有効であることが見
い出された。このタイプの反応器構造体の利点
は、水素濃度が低い場合にも高い場所には、過熱
することなく、且つ反応器又はバツテリー装置の
他の部分に有害に影響を及ぼすこともなく、安全
に処理することができることである。

開示した好ましい実施態様は上記の目的を達成
するように十分計画してあることは明らかではあ
るけれども、特許請求の範囲の諸項の本来の範囲
又は正しい意味から逸脱することなしに、本発明
の一部変更、改変、変化ができることを正しく認
識されたい。

本発明により、水素−ハロゲン反応装置に現在
使用されている材料の温度限度内で安全かつ効率
的に操作することができるバツテリー構成体が提
供される。すなわち、本発明のバツテリー構成体
においては、水素濃度が高くても、反応装置ある
いはバツテリー構成体を過熱させないで安全に操
作することができ、また、水素農尾が低い場合で
も、水素とハロゲンとの観桜を効率的に行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明によるバツテリー構造体の模式図
であり、Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｇ，Ｈ，Ｒ，Ｗ，７３，７
５，７９は導管、Ｐ１，Ｐ２、７２はポンプ、１
０は亜鉛−塩素バツテリー装置、１２はポケツ
ト、１４は塩素電極、１５はバツテリー排気筒、
１６は室、１７は亜鉛電極、１８は貯液槽、２０
は貯蔵装置、２２は冷凍装置、２４，２８はバル
ブ、２６は熱交換器、３０，３１は端子、７０は
反応装置、７４は電解液、７６，７８は反応開始
装置、７７は第二反応帯域、８０はオリフイス、
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属とハロゲンとを含む水性電解液で隔てら
   れ、正極１４と負極１７とを有する少なくとも１
   個のセルと、電解液を入れるための液溜め１８
   と、端子３０，３１とから成るバツテリー本体１
   ０、 生成されたハロゲン水和物を水性液中に溜めて
   おくための貯蔵装置２０、 電解液をセルに循環させるための装置Ｐ１、及
   び セル中で生成したハロゲンガスを、貯蔵装置２
   ０に連結されたハロゲン水和物生成装置Ｐ２に送
   るための導管Ｈ から成る、水素−ハロゲン反応装置を有するバツ
   テリー構成体において、 該バツテリー本体１０に連結され、セルで生成
   したハロゲンガスを反応させてハロゲン化水素を
   生成するための水素−ハロゲン反応装置７０と、 生成したハロゲン化水素をバツテリー本体１０
   に戻すための導管７５と がバツテリー構成体に取り付けられており、 該水素−ハロゲン反応装置７０は少なくとも２
   つの反応帯域７４，７７から成り、第一反応帯域
   ７４は、セルからの水素／ハロゲンガス混合物を
   導入して反応させるハロゲン化水素を生成する水
   性反応媒質と、水性反応媒質の中に浸漬させる反
   応開始器７６とを含む室であり、第二反応帯域７
   ７は、第一反応帯域で未反応の水素とハロゲンと
   を反応させる反応開始器７８を含み、第一反応帯
   域と連結している室である ことを特徴とする、上記バツテリー構成体。 ２ 金属が亜鉛、ハロゲンが塩素である、特許請
   求の範囲第１項に記載のバツテリー構成体。 ３ 第一反応帯域７４の水性反応媒質が、水性電
   解液であり、所望量の電解液を入れてある液溜め
   １８から第一反応帯域７４に連続的に流入させ
   て、第一反応帯域中の電解液を所望水準に維持す
   る、特許請求の範囲第１項に記載のバツテリー構
   成体。 ４ 電解液が塩化亜鉛水溶液である、特許請求の
   範囲第３項に記載のバツテリー構成体。 ５ 第二反応帯域７７を形成する室が、第一反応
   帯域に入つている水性反応媒質の液面の直上の空
   間である、特許請求の範囲第１項に記載のバツテ
   リー構成体。 ６ 第二反応帯域７７を形成する室が、第一反応
   帯域に入つている水性反応媒質の液面の直上の空
   間である、特許請求の範囲第４項に記載のバツテ
   リー構成体。 ７ 反応開始器７８が蛍光光線発生装置である、
   特許請求の範囲第６項に記載のバツテリー構成
   体。