(57)【要約】  本発明のナトリウム硫黄電池は、筐体内部で高温溶融物が生成される事故が生じても、高温溶融物が筐体１の外部に漏れだすことがないように、単電池４から流出した高温溶融物を貯留して凝固させる貯留空間１００を備えたものである。貯留空間１００は筐体１の外周に形成することができるほか、筐体１の内部に形成することもできる。貯留空間１００は、例えば剛性部材１１と断熱材１２と耐熱材１３の複合部材１５から構成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上蓋を備えた断熱層を含む筐体内に複数の単電池を収納したナトリウム硫黄電池であって、前記単電池から流出した高温溶融物を貯留して凝固させる貯留空間を形成したことを特徴とするナトリウム硫黄電池。
【請求項２】
前記貯留空間が、剛性部材と断熱材と耐熱材の複合部材からなる貯留容器から形成されており、この貯留容器は前記筐体とこの筐体を支持する筐体用パレットの間に敷設され、貯留容器の側壁を筐体の外壁面との間に隙間をあけて立設したことを特徴とする請求項１記載のナトリウム硫黄電池。
【請求項３】
前記貯留空間が、前記筐体とこの筐体を支持する筐体用パレットの間に敷設された、剛性部材と断熱材と耐熱材の複合部材と、筐体の外壁面との間に隙間をあけて立設された鋼材により形成されたことを特徴とする請求項１記載のナトリウム硫黄電池。
【請求項４】
前記貯留空間が、断熱材と耐熱材の複合部材からなる貯留容器から形成されており、筐体内の単電池を収納した空間に配されたことを特徴とする請求項１記載のナトリウム硫黄電池。
【請求項５】
前記貯留空間が、断熱材と耐熱材の複合部材からなる貯留容器から形成されており、筐体内の断熱層内に配されたことを特徴とする請求項１記載のナトリウム硫黄電池。
【請求項６】
前記断熱材が、セラミックファイバーブランケットまたはマイカ材から構成され、前記耐熱材が炭素材から構成されることを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載のナトリウム硫黄電池。
【請求項７】
前記筐体の上蓋内面の、筐体本体と上蓋との隙間に耐熱ガイドを設けたことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のナトリウム硫黄電池。
【請求項８】
前記耐熱ガイドが、断熱材と耐火材とから構成されたものであることを特徴とする請求項７記載のナトリウム硫黄電池。
【請求項９】
前記耐熱ガイドが、マイカ板と炭素材とから構成されたものであることを特徴とする請求項７記載のナトリウム硫黄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、事故発生時に生じる高温の溶融物によって隣接するモジュールへ延焼することを防止するナトリウム硫黄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ナトリウム硫黄電池を用いた蓄電システムは、断熱容器の内部に数百本に及ぶ多数の単電池を収納したモジュール電池を、蓄電容量に応じて必要台数組み合わせて構成されている。モジュール電池はラック内に上下多段に格納され、ナトリウム硫黄電池パッケージとして設置されている。【０００３】
ナトリウム硫黄電池モジュールは、単電池の集合体を断熱性のモジュール容器である筐体の内部に収納したものである。単電池は一方に負極活物質である溶融金属ナトリウム、他方には正極活物質である溶融硫黄を配し、両者をナトリウムイオンに対して選択的な透過性を有するβ−アルミナ固体電解質で隔離した構造であり、モジュール単位で３００〜３５０℃に熱管理されている。このように高温条件下で作動する高温電池であるため、従来から様々な安全対策が講じられてきた。【０００４】
しかし、その単電池が破壊されて高温の溶融物が断熱容器の内部に流出し、ブロック間にある砂層を越えて隣接するブロックに達し、そのブロック内の単電池との間で短絡し、短絡電流による発熱で多数の単電池が破壊され、モジュール全体に延焼する可能性が残っている。しかも火災事故の際には、火災が密封構造の筐体の内部に留まらず、パッケージ内の上下左右に隣接するモジュールにまで延焼し、火災規模が拡大する可能性が残っている。【０００５】
そこで特許文献１に示すように、モジュールを構成する筐体の内部上面にカーボンクロス等の耐熱板を収納し、火災発生時に火炎が外部に出ないようにする提案もなされている。しかしこの耐熱板は強度が低いため、火災発生時の高温溶融物の圧力によって容易に変形する。その結果、上蓋が圧力により破壊されて高温溶融物が噴出し、上側のモジュールに延焼する可能性が残されていた。また、高温溶融物がその熱により上蓋を溶損させ上蓋を貫通して燃焼火炎とともに噴出する可能性が残されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３２５３８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って本発明の目的は上記した問題点を解決し、何らかの原因によりモジュール容器である筐体内部で高温溶融物が生成される事故が生じても、高温溶融物によって隣接するモジュールへ延焼することを防止することができる安全性に優れたナトリウム硫黄電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するためになされた本発明は、上蓋を備えた断熱層を含む筐体内に複数の単電池を収納したナトリウム硫黄電池であって、前記単電池から流出した高温溶融物を貯留して凝固させる貯留空間を形成したことを特徴とするものである。【０００９】
請求項２の発明では、貯留空間は剛性部材と断熱材と耐熱材の複合部材からなる貯留容器から形成されており、この貯留容器は前記筐体とこの筐体を支持する筐体用パレットの間に敷設され、その側壁を筐体の外壁面との間に隙間をあけて立設した構造である。【００１０】
請求項３の発明では、貯留空間は前記筐体とこの筐体を支持する筐体用パレットの間に敷設された、剛性部材と断熱材と耐熱材の複合部材と、筐体の外壁面との間に隙間をあけて立設された鋼材により形成された構造である。【００１１】
請求項４の発明では、貯留空間は断熱材と耐熱材の複合部材からなる貯留容器から形成されており、筐体内の単電池を収納した空間に配されている。【００１２】
請求項５の発明では、貯留空間は断熱材と耐熱材の複合部材からなる貯留容器から形成されており、筐体内の断熱層内に配されている。【００１３】
なお請求項６に記載したように、前記断熱材がセラミックファイバーブランケットまたはマイカ材から構成され、前記耐熱材が炭素材から構成されることが好ましい。【００１４】
請求項７の発明では、前記筐体の上蓋内面の、筐体本体と上蓋との隙間に耐熱ガイドを設けた。【００１５】
請求項８に記載したように、この耐熱ガイドは断熱材と耐火材とから構成されたものとすることができ、また請求項９に記載したように、この耐熱ガイドはマイカ板と炭素材とから構成されたものとすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のナトリウム硫黄電池は、単電池から流出した高温溶融物を貯留して凝固させる貯留空間を形成したものであるから、仮に火災発生時に高温溶融物が生成した場合にも、高温溶融物はこの貯留空間の内部に貯留される。高温溶融物の温度は２０００℃を超えることがあるが貯留空間内に貯留される間に凝固し、貯留空間の外部に漏れることはない。このため、隣接するモジュールへの延焼を確実に防止することができる。なお貯留空間の位置や形態については、請求項２から請求項５に示すような様々な態様を取ることができる。【００１７】
また請求項７のように、筐体の上蓋内面の筐体本体と上蓋との隙間に耐熱ガイドを設けておけば、高温溶融物はこの耐熱ガイドに沿って筐体の側方から貯留空間に流入するため、上蓋を貫通して上方に噴出することがない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】モジュール電池の全体構造を示す断面図である。
【図２】請求項２の発明の実施形態を示す断面図である。
【図３】請求項３の発明の実施形態を示す断面図である。
【図４】請求項４の発明の実施形態を示す断面図である。
【図５】請求項５の発明の実施形態を示す断面図である。
【図６】請求項６の発明の実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１において、１は筐体本体２と上蓋３とからなる断熱性の筐体（モジュール容器）であり、その内部に複数の単電池４が収納されている。筐体本体２と上蓋３はステンレス製の外被の内部に断熱層を形成した断熱構造体である。筐体１は筐体用パレット５の上に支持されている。筐体用パレット５はスライドベースとも呼ばれる鉄鋼構造物である。
【００２０】
単電池４は前述したように、一方に負極活物質である溶融金属ナトリウム、他方には正極活物質である溶融硫黄を配し、両者をナトリウムイオンに対して選択的な透過性を有するベータアルミナ固体電解質で隔離した構造であり、固体電解質であるベータアルミナ管の壁面をナトリウムイオンが移動することによって、充放電が行われる。
【００２１】
何らかの原因で単電池４のベータアルミナ管が破壊されたような場合には、負極活物質である溶融金属ナトリウムと正極活物質である溶融硫黄とが反応して２０００℃を超える高温溶融物が生成されることがある。この高温溶融物が筐体１の内部で拡散すると、隣接する単電池４にも影響が及び、最悪の場合には高温溶融物が燃焼火炎とともに筐体１から外部に流出し、上方あるいは側方に隣接する筐体１が延焼する可能性がある。そこで本発明では、単電池４から流出した高温溶融物を貯留して凝固させる貯留空間１００を形成した。貯留空間１００の具体的構成について、以下に説明する。
【００２２】
図２は請求項２の発明の実施形態を示す断面図であり、１０は剛性部材１１と断熱材１２と耐熱材１３の複合部材１５からなる貯留容器である。剛性部材１１は好ましくは鋼板であり、機械的強度を持たせるための部材である。断熱材１２はセラミックファイバーブランケットまたはマイカ材であり、耐熱材１３は高温溶融物との接触に耐えるカーボンシートなどの炭素材である。貯留容器１０は筐体本体２とこれを支持する筐体用パレット５の間に敷設され、その側壁１４を筐体本体２の外壁面と貯留容器１０の内壁面との間に隙間があくように立設し、筐体本体２の外側に貯留空間１００を形成した。
【００２３】
側壁１４の高さは５〜１０ｃｍ程度とし、筐体本体２の下部から流出した高温溶融物を貯留することができる容積としておく。この貯留空間１００は常に外気と接しているため、貯留された高温溶融物は速やかに凝固し、貯留空間１００の外部に漏れることはない。このように筐体１の底部外周に高温溶融物の貯留空間１００を形成しておけば、筐体本体２の下部から流出した高温溶融物が隣接する筐体１に到達することがなく、火災事故を単一のモジュール電池内にとどめることができるから、事故が拡大することがない。
【００２４】
図３は請求項３の発明の実施形態を示す断面図である。図２に示した実施形態では貯留容器１０の側壁１４を筐体本体２の外壁面との間に隙間が空くように立設し、筐体１の外側に貯留空間１００を形成したのに対し、図３の実施形態では、筐体本体２とこの筐体１を支持する筐体用パレット５の間に剛性部材１１と断熱材１２と耐熱材１３の複合部材１５を敷設するとともに、筐体本体２の外壁面との間に隙間をあけて鋼材１６を立設し、貯留空間１００を形成した。この貯留空間１００も図２の貯留空間１００と同様に機能するものである。
【００２５】
図４は請求項４の発明の実施形態を示す断面図である。この実施形態では筐体１の内部の単電池４を収納した空間に、断熱材１２と耐熱材１３の複合部材１７からなる貯留容器１８が設けられ、筐体本体２の内部に貯留空間１００が形成されている。このような構造とすれば、事故発生時に高温溶融物は筐体本体２の内部の貯留空間１００内に貯留されるので、筐体本体２の底部を溶損して外部に流下することがない。前記の実施形態とは異なり、断熱材１２と耐熱材１３の複合部材１７を使用したのは、筐体本体２の内壁が剛性部材１１としての機能を発揮するためである。
【００２６】
図５は請求項５の発明の実施形態を示す断面図である。図４の実施形態では筐体１の内部の単電池４を収納した空間に貯留空間１００を形成したが、図５の実施形態では、筐体本体２内の断熱層内に貯留空間１００を形成した。すなわち、断熱材１２と耐熱材１３の複合部材１７からなる貯留容器１９が筐体本体２の外被の内面に配置されており、断熱層内に貯留空間１００が形成されている。この実施形態の構造によっても、高温溶融物は筐体１の内部の貯留空間１００内に貯留されるので、筐体本体２の底部を溶損して外部に流下することがない。
【００２７】
図６は請求項６の発明の実施形態を示す断面図である。この実施形態では、高温溶融物がその熱により上蓋３を溶損させ、筐体１の上蓋３を貫通して燃焼火炎とともに噴出する事故を防止するため、筐体１の上蓋内面の筐体本体２と上蓋３との隙間に耐熱ガイド２０を設けた。耐熱ガイド２０は断熱材と耐火材とから構成されたものであり、具体的にはマイカ板と炭素材とから構成されたものである。図６では耐熱ガイド２０はコーナー部のみに配置されているが、蓋体３の裏面全体に形成してもよい。なお２１は蓋体３の裏面を覆う延焼防止板であり、マイカ板２２、断熱材２３、耐火材２４、マイカ板２５を積層したものである。マイカ板２２、２５は１４００℃程度の耐熱性を有する。
【００２８】
このような構造としておけば、単電池４から上方に噴出した高温溶融物は延焼防止板２１で遮られ、耐熱ガイド２０の内面に沿って矢印で示すように下方へ流下し、筐体１の外周に形成された貯留空間１００に導かれる。このため高温溶融物が上蓋３を貫通して燃焼火炎とともに噴出する事故を防止することができる。
【００２９】
以上に説明したように、本発明によれば、筐体１の内部で高温溶融物が生成される事故が生じても、高温溶融物が筐体１の外部に漏れだすことがないため、安全である。
【符号の説明】
【００３０】
１  筐体
２  筐体本体
３  上蓋
４  単電池
５  筐体用パレット
１０  貯留容器
１１  剛性部材
１２  断熱材
１３  耐熱材
１４  側壁
１５  複合部材
１６  鋼材
１７  複合部材
１８  貯留容器
１９  貯留容器
２０  耐熱ガイド
２１  延焼防止板
２２  マイカ板
２３  断熱材
２４  耐火材
２５  マイカ板
１００  貯留空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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