JPH0434268B2 - - 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システムの改
良に関する。さらに詳しくは、本発明は新しい塩
化亜鉛バツテリーシステムに関する。本明細書に
おいて、本発明は可動バツテリー用途、例えば電
気自動車に用いるに特に有用である。

本明細書に述べる型の電気エネルギー貯蔵シス
テム（例えば亜鉛−塩素バツテリーシステム）は
ハロゲン水和物を常正極における還元用のハロゲ
ン成分源として利用し、かつ貯蔵系の常規放電の
間に常負極において酸化されるように適した酸化
性金属を利用する。水性電解液は、ハロゲン成分
が正極において還元されるに従いこのハロゲン成
分を補充するのに用いられる。電解液は酸化され
た金属の溶存イオンおよび還元されたハロゲンの
溶存イオンを含有し、しかも電極部分と電気エネ
ルギーシステムの常規放電の間に漸次分解するハ
ロゲン水和物を含有する貯蔵部分の間を循環し
て、正極において消費される元素状ハロゲンをさ
らに放出する。この型の電気エネルギー貯蔵シス
テムまたはバツテリーシステムは本発明と同じ譲
受人によつて所有されている米国特許第3713888
号、第3993502号、第4001036号、第4072540号お
よび第4146680号明細書のような先行特許に記載
されている。このようなシステムはエナージー・
デベロツプペント・アソシエーツ（Energy
Development Associates）のジエイ・キウオー
ル（J.Kiwalle）およびジエイ・ガロウエイ（J.
Galloway）による「ジンク−クロライド・エレ
クトリツク・エンジン・ユニツト・フオ・フオ
ア・パセンジヤ・エレクトリツク・ビークル
（Zinc−Chloride Electric Engine Unit for
Four Passenger Electric Vehicle）」およびエ
レクトリツク・パウア・リサーチ・インステイチ
ユート（Electric Power Research Institute）
によつて発表された1979年４月付のイー・ピー・
アール・アイ・レポート・イー・エム−1051
（EPRI Report EM−1051）（第１部から第３部）
のような本明細書の譲受入によつて作製された公
表報告にも記載されている。前記引例の特別の教
示は本明細書に参照されている。

塩化亜鉛バツテリーシステムの基礎操作は下記
の通りである。充電において、電解液ポンプはバ
ツテリースタツクの多孔性黒鉛塩素電極の対の間
のポケツトに水性電解液を送液する。この電解液
は、多孔性塩素電極を通して反対極性の電極間の
室に入り、電極の間を上り、次いでバツテリー・
液だめにもどる。多孔性黒鉛基板から放出された
塩素ガスはガスポンプによつてポンプ輸送され、
次いでガスポンプに入る前にチラーユニツトによ
つて冷却された電解液と混合される。この塩素お
よび冷却された電解液はガスポンプ中で混合さ
れ、塩素水和物が形成され、次いで塩素水和物−
電解液混合物は貯蔵部に沈積される。放電時に
は、塩素は液だめからの温電解液の注入による貯
蔵部の塩素水和物の分解によつて水和物から放出
される。貯蔵部に必要な塩素ガス圧力が発生する
と、塩素は電解液に注入、混合かつ溶解され、次
いでバツテリースタツクの多孔性電極に供給され
る。次いで、バツテリースタツクは放電され、亜
鉛電極で亜鉛の電極溶解が起こり、塩素電極にお
いて溶存塩素の還元が起こり、バツテリー端子か
ら電力が得られ、かつ亜鉛と塩素が反応して、塩
化亜鉛を形成することによつて電解液中に塩化亜
鉛が形成される。

可動用途用の金属ハロゲンバツテリーシステム
を志向する先行実験システムには若干の弱点また
は欠点がある。例えば、電力放散はこのようなシ
ステムにおいて起こる。なぜならば、放電の間に
本質的に連続的にガスポンプを運転する必要があ
つたからである。第二に、貯蔵部と液だめの間の
圧力差は差圧弁によつて設定され、このことは貯
蔵部圧力が変化するならば、液だめ圧力が追従す
るが、これに対して液だめ圧力は通常は大気圧に
近く保たれる。

従つて、本発明の主目的は可動用途用の新規か
つ独特な金属ハロゲンバツテリーシステムを提供
することである。本発明の他の目的、特徴および
利点は、本明細書の記載、好ましい実施態様を示
す図面、および添付特許請求の範囲から、明らか
である。

第１図は、本明細書の本発明によるバツテリー
システムの略図を具体的に示す。

第２図は、第１図のシステムに用いるジエツト
ポンプの実施態様を具体的に示す。

第３図は、第１図のシステムに用いる特別の弁
手段を具体的に示す。

本明細書における本発明は、新規な金属ハロゲ
ンバツテリーシステム、例えばシステムと組み合
わせた反応室を通して水素および塩素ガスを循環
させる特別のジエツトポンプ装置を利用する塩化
亜鉛型に関し、しかもまたこのバツテリーシステ
ムはバツテリー貯蔵部からスタツクへの塩素の分
布を独特に制御する特別の感圧弁またはダイヤフ
ラム弁をも含む。

図面の第１図は、塩素、電解液および熱の所望
の流れを得るための手段を設けている、亜鉛−塩
素バツテリーシステムの略図を具体的に示す。塩
化亜鉛バツテリーは第１図に示すように３個の基
本部品スタツク、液だめ、および貯蔵部からな
る。スタツク１０は、例えば固体黒鉛亜鉛電極お
よび多孔性黒鉛塩素電極から構成される多数のセ
ルからなる。各セルは２ボルト（120ボルトの電
位の60個のセルのスタツク配置を与える。）を有
する。液だめ手段は２０で示され、かつ電解液だ
め２２および電解液２１を循環させる電解液ポン
プＰ−１からなる。貯蔵部手段は３０で示され、
しかもガスポンプＰ−２およびフイルター手段３
２を含む。貯蔵部は9.6℃より高い温度および周
囲大気圧力において塩素ガスおよび電解液に分解
する光輝性黄色固体の塩素水和物の形の塩素反応
体を貯蔵するように働く。

うず巻ポンプＰ−１は電解液２１を液だめ２２
からスタツク中の個々の多孔性電極（図示せず）
に導管２４を通して循環させ、この電極から電解
液は導管２５を通して液だめにもどる。バツテリ
ー運転の間に発生した少量の水素は４０で示され
る紫外線活性化反応器中の塩素と化合して塩化水
素を形成し、この塩化水素は次いで本明細書に記
載されるように電解液だめにもどる。

図示するように、２か所に紫外線があり、この
１つは４１で示すガスだめ空間の内部の、充電の
間にのみ活性化される紫外線およびバツテリーの
充電および放電の間の両者に活性化される反応器
４０内部の２個以上の紫外線である。液だめ２２
から反応器４０までおよび液だめ２２にもどるガ
スの流れを生じるに必要な吸込を反応器４０内に
発生させるために、５０で示されるジエツトポン
プ構造を用いる。電解液ポンプＰ−１からの少量
の電解液を導管５１，５２を通してジエツトポン
プ５０に向けてジエツトポンプ用の駆動力として
働く。このジエツトポンプ５０はまた、第２図に
一層詳しく示す。電解液ポンプＰ−１が運転中の
場合、導管５２からジエツトポンプを通る電解液
流は吸込を起こし、液だめ２２からおよび反応器
４０の上部からのガスは導管５０１を通してジエ
ツトポンプに吸いこまれ、次いでガスは点５０３
の近傍のノズル５０２から流出する液流に混入さ
れる。その後、ガスと液体の混合物は導管５０４
を経て液だめ２０にもどされる。

バツテリーシステムの充電の間に、塩素は多孔
性黒鉛塩素電極基板から放出され、一方亜鉛は固
体黒鉛電極上に沈積される。スタツク１０に放出
される塩素は次いで貯蔵部３０内のガスポンプＰ
−２によつて生じた真空によつて導管５４を経て
貯蔵部３０に吸われる。このような減圧運転によ
つて、スタツク区分室内の溶存塩素の濃度が低下
し、従つてクーロン効率が向上する。熱交換器
HX−１はバツテリー運転の間液だめの電解液を
冷却するように働く。

うず巻ポンプＰ−１の出力からの少量の電解液
はまた導管５５を経て熱交換器HX−２に向けら
れ、約０℃に冷却される。この冷却された電解液
は吸込５６における真空によつてスタツクからガ
スポンプＰ−２に（導管５４を経て）吸われる塩
素ガスと接触し、しかも塩素水和物はポンプＰ−
２の出口において形成される。水和物はフイルタ
ー手段３２によつてフイルタープレスと同様の方
式で貯蔵部にろ別される。

水性電解液からの塩素水和物の形成は貯蔵部３
０内の塩化亜鉛の濃度の増加をもたらし、しかも
スタツク１０内の塩化亜鉛の電解によつてそのス
タツク内の塩化亜鉛の濃度が減少する。従つて、
スタツクと貯蔵部の間に電解液を交換することに
より、システム内の塩化亜鉛の使用が最適にな
る。スタツク１０と貯蔵部３０の間の電解液交換
は、うず巻ポンプＰ−１および導管５５を経て温
電解液（30℃）を液だめ２２から貯蔵部３０にポ
ンプ輸送し、かつ冷電解液（０℃）を導管５７を
経て、貯蔵部３０からポンプＰ−１の高圧側の点
５８においてスタツクにもどし、次いで導管２４
を経てスタツク１０にもどすことによつて行われ
る。両溶液の流量はほぼ等しい。若しも導管５７
内の流体流圧力がほぼ25psiaをこえるならば、流
体は弁６０をバイパスし次いで安全弁９０を経て
導管６１４に流れ、点５８において電解液ポンプ
Ｐ−１の高圧側に至る。

充電の間のシステム圧力は塩素発生速度と水和
物形成の速度の間の平衡を示す。従つて、スタツ
ク圧力が所定水準より高く増大する場合は、水和
物形成に一層大量の冷却液が必要であり、この逆
もまた同じである。

放電の間に、貯蔵部３０内部の圧力低下によつ
て液だめから（ポンプＰ−１、導管５５および熱
交換器HX−２を経て）所望の貯蔵圧力が回復す
るまで温電解液を注入するギヤーポンプＰ−２を
始動する。この作用によつて貯蔵部内の塩素水和
物の１部が分解され、従つて塩素が放出されて貯
蔵部の内圧が上昇する。この塩素は点５８におい
てうず巻ポンプＰ−１の吐出し口に注入され、次
いでスタツクに循環される。スタツク内の塩素の
消費速度と貯蔵部内の塩素の分解速度の平衡を示
す貯蔵部の圧力を監視することによつて制御が保
たれる。このことは、また、貯蔵部内に温電解液
を注入する速度によつて制御される。

バツテリーからの電力に対する要求は急速に変
化し得るが、しかし貯蔵部内の大量の熱量のため
に、塩素の発生は要求を近似的に追跡するのみで
ある。従つて、隔膜が作動し、二位置一方向流れ
弁は通常閉位置の弁で６０で示されるように利用
される。この感圧弁６０はまた第３図に一層詳細
に示されている。この弁はスプール弁の変形とし
構成され、かつ塩素要求の厳密な制御および貯蔵
部のスタツクからの気ほうのもらない隔離を提供
する。バツテリーからの電力要求が大きいと、塩
素の要求が大きくなり、しかもこれによつて液だ
め２２の圧力が低下する。この液だめ圧力は導管
６０２を経て弁６０に供給される。この弁６０の
ダイヤフラム部材６０４は隔膜の側面６０６上に
液だめ圧力によつて作用し、かつ周囲大気圧は他
側面６０８に対して作用し、この側面６０８は導
管６１０（第３図）を経て大気に接続されてい
る。液だめ２２中の圧力が周囲大気圧より低く低
下すると、弁スプール弁６１２に接続された隔膜
部材６０４の上昇により、弁６０が開放される。
しかもこのことによつて塩素は貯蔵部から導管５
７を経て、導管６１４を経て点５８においてポン
プＰ−１の吐出し側に送られる。貯蔵部圧力が周
囲大気圧をこえる場合、弁６０は弁表面６１６上
の貯蔵部流体圧力の作用によりきつく閉じる。さ
らに貯蔵部圧力が増加すると、弁６０は一層きつ
く閉じる。

この弁は、また周囲大気圧より高い圧力におい
ても操作するように片よらせることができるの
で、全システムは周囲大気圧より高く作用する。
例えば、若しもシステムを周囲大気圧より高い圧
力において運転することが望まれるならば、この
ことは適当なばねバイアス部材をスプールの一端
にとりつけることによつて行うことができる。

本明細書に記載されたバツテリーシステムは非
常に有利かつ満足な方法で作用することがわか
る。ガスをポンプ輸送するために水性電解液を利
用する新規なジエツトポンプ技術は、本明細書に
開示されたようにバツテリーの放電サイクルの間
にガスポンプを連続運転する必要がなくなる。し
かもこのことによつて電力放散が一層少なくなり
かつバツテリー効率が一層良好になる。本明細書
に開示された新規な感圧弁構造は周囲大気圧に対
して液だめ大気圧により運転できるか、またはば
ねバイアスの使用によつて周囲大気圧よりも高い
圧力に対して運転できるので、全システムは周囲
大気圧より高く運転できる。この弁構造は、貯蔵
部を液だめから隔離する可能性を提供する点で非
常に有利であり、かつ液だめ圧力が弁の設定より
低く降下する場合、弁は開放し、しかも塩素は貯
蔵部から液だめに吐出される。弁の設定に達する
と、弁は閉じて任意の増大した貯蔵部圧力により
弁は一層きつく閉じる。この弁を使用することに
よつて電力放散は一層少なくなり、しかもバツテ
リー効率は増大する。

本明細書に開示されたバツテリーシステムは普
通サイズのフオードアの自動車に対して動力を供
給するのに用いられ、しかも試運転の多マイルに
おいて非常に満足に働く。

開示された本発明の好ましい実施態様は本発明
の目的、利益および（または）利点を果たすよう
に十分企図されているが、本発明は付加した特許
請求の範囲の適当な範囲または正当意味から逸脱
することなく修正、変形および変更ができると理
解される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本明細書の本発明によるバツテリー
システムの略図を具体的に示す。第２図は、第１
図のシステムに用いるジエツトポンプの実施態様
を具体的に示す。第３図は、第１図のシステムに
用いる特別の弁手段を具体的に示す。 １０……スタツク、２０……液だめ手段、２１
……電解液、２２……電解液だめ、２４，２５，
５１，５２，５４，５５，５７……導管、３０…
…貯蔵部手段、３２……フイルター手段、４０…
…紫外線活性化反応器、４１……紫外線、５０…
…ジエツトポンプ構造、５６……吸込、５８……
点、６０……二位置一方向流れ弁、９０……安全
弁、５０１，５０４，６０２，６１０，６１４…
…導管、５０２……ノズル、５０３……点、６０
４……ダイヤフラム部材、６０６，６０８……側
面、６１２……弁スプール、６１６……弁表面、
Ｐ−１……電解液ポンプ、Ｐ−２……ガスポン
プ、HX−２……熱交換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属ハロゲンバツテリーにおいて、 前記金属およびハロゲンの物質を含有する水性
   電解液と接触する正極および負極を有する少なく
   とも１個のセル、 電解液が集められる液だめ手段、 ハロゲン水和物が形成され、水性物質の１部と
   して貯蔵される貯蔵手段、 電解液をバツテリーに循環させる電解液ポン
   プ、 セルにおいて形成されたハロゲンガスを、前記
   ハロゲンガスおよび水性物質からハロゲン水和物
   を形成するガスポンプ手段であつて、貯蔵手段と
   つながつており該貯蔵手段へハロゲン水和物を供
   給するガスポンプ手段に送る導管手段、および 電解液ポンプからの電解液流の一部が供給さ
   れ、水素及びハロゲンを含む液だめからガスを反
   応手段におくり、該水素及びハロゲンを結合させ
   てハロゲン化水素を形成する反応手段を通過さ
   せ、液だめにもどすための流体ジエツトポンプ手
   段 からなる金属ハロゲンバツテリー。 ２ 前記バツテリーが水性塩化亜鉛電解液を用い
   る亜鉛−塩素バツテリーである、特許請求の範囲
   第１項のバツテリー。 ３ 前記ジエツトポンプ手段が、ジエツトポンプ
   を通り、しかも前記ガスを反応器手段を通して吸
   い込ませ次いでジエツトポンプ中の液流と一緒に
   させ、その後ジエツトポンプからの液流を液だめ
   に再沈積させる、電解液の比較的高圧流によつて
   駆動される、特許請求の範囲第２項のバツテリ
   ー。 ４ 金属ハロゲンバツテリーにおいて、 前記金属およびハロゲンの物質を含有する水性
   電解液と接触する正極および負極を有する少なく
   とも１個のセル、 電解液が集められる液だめ手段、 ハロゲン水和物が形成され水性物質の１部とし
   て貯蔵される貯蔵手段、 電解液をバツテリーに循環させる電解液ポン
   プ、 セルにおいて形成されたハロゲンガスを、前記
   ハロゲンガス及び水性物質からハロゲン水和物を
   形成するガスポンプ手段であつて、貯蔵手段とつ
   ながつており該貯蔵手段へハロゲン水和物を供給
   するガスポンプ手段に送る導管手段、及び、 液だめ手段のガス圧力に感応性のダイヤフラム
   弁手段において、液だめ圧力がバツテリーの放電
   の間に前記弁手段の所望の設定より低く低下した
   場合に、弁が開放して貯蔵部からのハロゲンガス
   を電解液循環手段に送るダイヤフラム弁手段 からなる、金属ハロゲンバツテリー。 ５ 前記バツテリーが水性塩化亜鉛電解液を用い
   る亜鉛−塩素バツテリーである、特許請求の範囲
   第４項のバツテリー。 ６ 金属ハロゲンバツテリーにおいて、 前記金属およびハロゲンの物質を含有する水性
   電解液と接触する正極および負極を有する少なく
   とも１個のセル、 電解液が集められる液だめ手段、 ハロゲン水和物が形成され水性物質の１部とし
   て貯蔵される貯蔵手段、 電解液をバツテリーに循環させる電解液ポン
   プ、 セルにおいて形成されたハロゲンガスを、前記
   ハロゲンガス及び水性物質からハロゲン水和物を
   形成するガスポンプ手段であつて、貯蔵手段とつ
   ながつており該貯蔵手段へハロゲン水和物を供給
   するガスポンプ手段に送る導管手段、 電解液ポンプからの電解液流の一部が供給さ
   れ、水素及びハロゲンを含む液だめからガスを反
   応手段におくり、該水素及びハロゲンを結合させ
   てハロゲン化水素を形成する反応手段を通過さ
   せ、液だめにもどすための流体ジエツトポンプ手
   段、および 液だめ手段のガス圧力に感応性の弁手段におい
   て、液だめ圧力が前記弁手段の所望の設定より低
   く低下した場合に弁が開放して貯蔵部からのハロ
   ゲンガスを電解液循環手段に送る弁手段 からなる金属ハロゲンバツテリー。 ７ 前記バツテリーが水性塩化亜鉛電解液を用い
   る、亜鉛−塩素バツテリーである、特許請求の範
   囲第６項のバツテリー。