JPH0531207A - ナトリウム−硫黄電池における消火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】通常運転時においてケース内の熱損失を抑制
し、かつ、火災発生時に消火剤をノズルからケース内に
確実に供給して消火活動を迅速に行う。 【構成】ナトリウム−硫黄電池よりなる集合電池５を収
納したケース１の側壁に、そのケース１内へ粒状消火剤
としてのセラミック粒Ｓを不活性ガスＧと共に噴射供給
するための噴射ノズル９を設け、前記噴射ノズル９に通
常は同ノズルを閉鎖し、火災発生時に前記不活性ガスの
圧力により開放される蓋体１１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、前記供給パイプの先端噴射ノズル
はケース内面に突出支持されており、基端側はケースを
貫通して外部に導出されている。この噴射ノズルの孔が
開放されていると、ケース内の高温の空気がこのノズル
を通して外部の配管内部にまで対流を起こして、高温に
保つべきケース内部からの熱損失を招くという問題があ
った。

【０００７】又、単電池の構造はβアルミナ管を隔壁と
して、一方にナトリウムが他方に硫黄が存在し、硫黄は
電池の特性を向上するため、導電性のあるカーボン繊維
のマットに含浸させている。この電池が前述したように
火災時には、単電池内のナトリウムと硫黄が爆発的に反
応して、ナトリウム、硫黄、カーボン繊維マット、並び
に反応生成物のＮａ₂ ＳＯ_x 等が飛散する場合がある。
この飛散物が前記ノズルの先端開口部からノズル内に侵
入すると、消火剤を気体に乗せてケース内に供給する
際、この飛散物が障害となり、飛散物により消火剤がノ
ズル内に堆積し、消火剤のケース内への供給が不能とな
り、消火活動が阻害されるという問題があった。

【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、通常運転時においてケース内の熱損失
を抑制し、かつ、火災発生時に消火剤を噴射ノズルから
ケース内に確実に供給して消火活動を迅速に行うことが
できるナトリウム−硫黄電池における消火装置を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明の消火装置は、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
するための噴射ノズルを備え、前記噴射ノズルに通常は
同ノズルを閉鎖し、火災発生時に前記不活性ガスの圧力
により開放される蓋体を設けたものである。

【００１０】又、請求項２記載の発明は、請求項１にお
いて噴射ノズルを複数に分岐し、各ノズルの開口に係合
した蓋体を連結片により互いに連結したものである。

【００１１】

【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、通常運転時には蓋体により噴射ノズルが閉
鎖されているので、ケース内の熱損失が抑制される。そ
して、この集合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、飛散物が噴射ノズル側に飛散して
も蓋体によりノズル内に侵入するのが阻止される。この
ため、噴射ノズルに蓋体が閉鎖位置に保持された状態
で、粒状消火剤が不活性ガスと共に噴射ノズル内に供給
されると、その圧力により蓋体が開放され、噴射ノズル
からケース内へ粒状消火剤が噴射供給されて、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】又、噴射ノズルが複数個でその開口部に蓋
体が閉鎖状態で噴射ノズルに不活性ガスが供給される
と、一方の蓋体がノズルから離脱されると、その衝撃に
より他方の蓋体がノズルから外れ、このため複数の噴射
ノズルが全て開口された状態で、消火剤による消火作業
が効率よく行われる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に基づいて説明する。図１に示すように、ケース１は四
角箱型状に形成されるとともに、内外二重の壁構造を有
しており、内外の壁間には断熱材２が介在配置されてい
る。前記ケース１の内部には支持部材３を介して載置台
４が配設されている。その載置台４には複数個の集合電
池５が立設されている。各集合電池５はその内部に図示
はしないが単体のナトリウム−硫黄電池が上下方向に積
層されて直列接続されている。なお、前記集合電池５は
いっこの電池としてもよい。そして、単体のナトリウム
−硫黄電池は固体電界質管を介して金属ナトリウムと硫
黄とが区分して収納されている。前記ケース１の底部と
載置台４との間には電気ヒータ６が設置され、ケース１
内の温度を約３００℃に加熱して、集合電池５内の金属
ナトリウム、硫黄を溶融するようになっている。

【００１４】前記ケース１の左側上部側壁には消火剤Ｓ
を不活性ガスＧとともにケース１内に噴射供給する噴射
ノズル９が接続されている。又、ケース１には前記噴射
ノズル９の噴射口９ａと同一高さ位置になるように、か
つ図２に示すように噴射ノズル９から離間した位置に不
活性ガスＧを排出するための排出パイプ１０が接続され
ている。

【００１５】前記噴射ノズル９のケース１内先端部に
は、図３に示すように、蓋体１１が嵌合されている。こ
の蓋体１１は単電池の火災事故時において、消火作業の
ため消火剤Ｓを不活性ガスとともにケース１内へ供給す
る初期の段階で、容易にノズル９先端の開口部９ａから
外れるように嵌合されている。又、この蓋体１１は火災
発生時のナトリウムと硫黄の反応によるケース１内の圧
力上昇によりノズル９内に押し込まれないように開口部
９ａに嵌入される円柱状部１１ａと、ノズル９の先端面
に当接されるフランジ部１１ｂとによりＴ字状に形成さ
れている。この円柱状部１１ａは弾力性あるいは綿状の
ものを使用して、蓋体１１の自重あるいはケース１の振
動によりノズル９から外れないように開口部９ａに圧入
嵌合されている。前記蓋体１１は消火剤供給時に集合電
池群の中に落下されるので、導電性があると、電池相互
の短絡事故あるいは地絡事故を誘発するので、絶縁性を
有している。さらに、運転中の温度（約３００℃）及び
事故時に消火剤の供給以前に溶融しないようにセラミッ
ク、石綿等の耐火剤で製造されている。

【００１６】前記消火剤Ｓは電池の活物質及び火災発生
時の生成物と非反応性を有するとともに、吸湿性がなく
絶縁性を有した多数の球状粒子を使用している。具体例
としてはセラミック材料、砂等を単独もしくは複数種を
組み合わせて形成される。

【００１７】又、乾燥状態の不活性ガスＧをケース１内
に噴射するが、不活性ガスＧの種類としてはヘリウム、
ネオン、アルゴンガス、窒素ガス等が適している。この
実施例においては消火剤としてセラミック粒Ｓを使用す
るとともに、不活性ガスＧとして窒素ガスを使用してい
る。

【００１８】次に、ナトリウム−硫黄電池の火災時の消
火方法について説明する。ケース１内が約３２０℃に保
持された状態では、集合電池５を構成するナトリウム−
硫黄電池の金属ナトリウム及び硫黄が溶融した状態とな
っている。

【００１９】通常の運転時にはノズル９が蓋体１１によ
り閉止されているので、ケース１内部の高温空気が逃げ
出すことはなく、熱損失を抑制することができる。ここ
で、何らかの原因で集合電池５を構成するナトリウム−
硫黄電池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両極容器内の溶融した硫黄
と直接接触、混合することになる。すると、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、特に最終的には三硫化ナトリウムを生成する。

【００２０】この時、化学反応熱が多量に発生して集合
電池５自体のケースが熱破壊し、金属ナトリウム及び硫
黄がケース１内に流出する。すると、金属ナトリウムは
空気中の酸素等とさらに反応して高温状態となり、他の
集合電池５を破壊していくことになる。

【００２１】このとき噴射ノズル９には蓋体１１が係合
されているので、飛散物がノズル９内に侵入することは
ない。又、ケース１内の圧力が上昇するが、この圧力に
より蓋体１１がノズル９内に押し込まれることもない。

【００２２】そして、ケース１内の図示しない例えば熱
センサ、ガスセンサ等がこの火災事故を検出すると、制
御装置が電気ヒータ６への通電を停止する。そして、噴
射ノズル９に不活性ガスＧが供給されると、蓋体１１が
圧力により飛散開放されてセラミック粒Ｓが不活性ガス
Ｇとともにケース１内に供給される。なお、ノズル先端
部から離脱した蓋体１１はケース１内底部に落下され
る。この蓋体１１は絶縁材により形成されているため、
電池５相互間の短絡が生じたり、地絡が生じたりするこ
とはない。又、このセラミック粒Ｓは、最初は空間Ｒ内
を水平に飛翔してケース１の右側壁内面に衝突し、その
後自重により集合電池５の相互間に進入する。そして、
このセラミック粒Ｓはケース１内の最奥部の集合電池５
の相互間に順次詰まり、空間Ｒにも同様に最奥部から左
方へとセラミック粒Ｓが充填され、消火が行われる。

【００２３】又、この場合、ケース１内の不活性ガスＧ
は前記空間Ｒ内を対流した後、排出パイプ１０の排出口
１０ａからケース外部に排出されるため、新しい不活性
ガスとともに噴射供給されるセラミック粒Ｓの供給が円
滑に行われる。このときケース１の同じ左側壁面に対
し、前記排出口１０ａが噴射口９ａと同一高さ位置に、
かつ水平方向へ離隔した位置に開口されているので、不
活性ガスのみが排出口１０ａから排出されるとともに、
セラミック粒Ｓが空間Ｒの内部全体に充填されるまで排
出口１０ａが閉鎖されることもない。

【００２４】次に、図４によりこの発明の別の実施例を
説明する。前記噴射ノズル９を複数に分岐し、各ノズル
の内側開口に係合した蓋体１１を連結片１２により互い
に連結している。

【００２５】従って、噴射ノズル９に不活性ガスが供給
されると、両方の蓋体１１がノズル９から同時に外れ、
このため複数の噴射ノズル９，９が全て開口された状態
で、消火剤による消火作業が効率よく行われる。これに
対して複数の蓋体１１が連結されていない場合には、１
つの蓋体１１が外れると、外れていない蓋体側のノズル
内には圧力が作用しにくくなり、蓋体が外れなくなる恐
れがある。

【００２６】図５に示す別例は蓋体１１を板状に形成し
て軸１３により開閉可能にノズルに支持したものであ
る。この別例では蓋体１１の自重のより通常運転時はノ
ズル９の先端開口部が閉鎖され、火災発生時に蓋体１１
が不活性ガスの圧力により開放される。なお、この蓋体
１１は消火剤の噴射圧力により飛散して電池群の内部に
落下することがないため、絶縁性をもたない例えば金属
により形成することができる。

【００２７】又、この発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、この発明の趣旨から逸脱しない範囲内で各
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。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１に記載の
発明は、通常運転時においてケース内の熱損失を抑制
し、かつ、火災発生時に消火剤をノズルからケース内に
確実に供給して消火活動を迅速に行うことができる効果
がある。

【００２９】又、請求項２に記載の発明は請求項１に記
載の発明の効果に加えて、複数の蓋体を確実にノズル開
口部から離脱させて消火作業を効率良く行うことができ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を具体化した消火装置の一実施例を示
す断面図である。

【図２】図２の平断面図である。

【図３】噴射ノズル付近の部分拡大断面図である。

【図４】この発明の別の実施例を示す噴射ノズルの部分
断面図である。

【図５】この発明の別の実施例を示す噴射ノズルの部分
断面図である。

【符号の説明】

１ ケース、５ 集合電池、９ 噴射ノズル、９ａ 噴
射口、１１ 蓋体、１２ 連結片、Ｓ 消火剤としての
セラミック粒、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噴射ノズルを備
   え、前記噴射ノズルに通常は同ノズルを閉鎖し、火災発
   生時に前記不活性ガスの圧力により開放される蓋体を設
   けたことを特徴とするナトリウム−硫黄電池における消
   火装置。
2. 【請求項２】 噴射ノズルは複数に分岐されており、各
   ノズルの開口に係合した蓋体は連結片により互いに連結
   されている請求項１に記載のナトリウム−硫黄電池にお
   ける消火装置。