JPH0578152B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、広義の概念で言えば、電気化学装置
に係わり、特に電解液自動流出式熱交換器を有す
る金属ハロゲン蓄電池装置に関するものである。

従来技術、および発明が解決しようとする課題 本明細書で述べる形式の電気化学装置には、塩
化亜鉛蓄電池装置のような、一組以上の金属ハロ
ゲン蓄電池装置が包含される。これらの金属ハロ
ゲン蓄電池装置は、一般に、三つの基本的構成要
素である、電極積み重ね部分、電解液副循環
装置、副蓄積装置から成る。一般に、電極積み
重ね部分は、充電・放電蓄電池サイクルを通じて
蓄電池端子に所望の動作電圧と動作電流とを得る
ために、直列と並列の各種結合で共に電気的に接
続された複数のセルを包含する。各セルは、ハロ
ゲン化金属電解水溶液と接触する陽極および陰極
から成る。電解液副循環装置は、電解物イオン成
分である金属およびハロゲンが充電・放電蓄電池
サイクルの間に、セル内で酸化または還元される
に伴い、それらを補充するために、槽からのハロ
ゲン化金属電解液を電極積み重ね体の各セルを経
て循環させるように作動する。閉鎖的な、独立し
た金属ハロゲン蓄電池装置においては、副蓄積装
置が、蓄電池装置の充電中にセルから遊離される
ハロゲンガスまたは液を、その後、蓄電池装置の
放電中にセルに戻すために収容しておくために使
用される。塩化亜鉛蓄電池装置においては、セル
の陽極から塩素ガスが遊離され、塩素水和物とし
て蓄積される。塩素水和物は、塩素が氷の結晶内
に包まれる水を凍結させる過程に類似した過程
で、副蓄積装置によつて形成される固体である。

塩化亜鉛蓄電池装置の一般的な作動について
は、槽から、電極積み重ね体の陽極すなわち塩素
電極の各々に水性塩化亜鉛電解液を循環させるた
めに、電解液ポンプが作動する。一般に、これら
の塩素電極は多孔質黒鉛で作られ、電解液は塩素
電極の細孔を通つて、塩素電極とそれに対向する
陰極すなわち亜鉛電極との間の空間に流れ込む。
次いで、電解液は対向電極間上方へ流れ、さもな
ければ電極積み重ね体のセルから上方へ流れ、電
解液貯留槽すなわち溜まりに戻る。

塩化亜鉛蓄電池装置の充電中には、亜鉛電極基
板上で金属亜鉛元素が析出し、塩素電極では塩素
ガスが遊離生成させる。塩素ガスは、適当な導管
に収集され、次いで冷却された液と混合されて塩
素水和物を形成する。通常、ガス・ポンプは電極
積み重ね体から塩素ガスを引き出し、冷却された
液（すなわち、一般に塩化亜鉛電解液または水の
いずれか）にそれを混合するために用いられる。
次いで塩素水和物は、蓄電池装置が放電される時
点まで蓄積容器内に置かれる。

塩化亜鉛蓄電池装置の放電中、蓄積容器を通し
て温液を循環させる等により蓄積温度を上昇させ
て、塩素水和物を分解せしめる。それによつて回
収された塩素ガスは、電解液副循環装置を経由し
て電極積み重ね体に戻され、塩素ガスはそこで塩
素電極に還元される。同時に、金属亜鉛元素が亜
鉛電極基板から溶解され、蓄電池の端子において
電力が利用可能である。

塩化亜鉛蓄電池の充電・放電サイクルの過程を
通じて、電解液濃度が、電極積み重ね体のセル内
電極において生じる電気化学反応の結果として変
化する。充電当初には、一般に、水性電解液内の
塩化亜鉛濃度は2.0モルであろう。この充電・放
電サイクルの充電過程が進行するにつれて、電解
液濃度は、亜鉛および塩素イオンの電極液からの
減耗とともに徐々に減少する。蓄電池装置が完全
に充電されると、一般に、電解液濃度は0.5モル
にまで低減化される。さらにまた、蓄電池装置が
放電される際には、蓄電池装置が完全に、あるい
は十分に放電されると、電解液濃度は徐々に上方
に向かい、当初の2.0モル濃度に戻る。

塩化亜鉛蓄電池装置の構造と作動に関するその
他の議論が、共通に譲渡された次の諸特許、「固
体ハロゲン水和物を用いた電気エネルギの生成方
法」と題する米国特許第3713888号、「蓄電池内に
ハロゲン水和物を形成し蓄積する方法」と題する
米国特許第3809578号、「通気される電極を具備す
る蓄電池とそれを用いる方法」と題する米国特許
第3909298号、および「くし形双極極板素子とそ
の蓄電池積み重ね体」と題する米国特許第
4100332号に見い出される。上記の装置はまた、
いずれもカルフオルニア州、パロー・アルトー
（Palo Alto）のエレクトリツク・パワー・リサ
ーチ・インステイテユート（Electric Power
Research Institute）のために作成された中間報
告EM−1417「実用的塩化亜鉛蓄電池の開発」
（1980年５月）、および中間報告EM−1051「実用
的塩化亜鉛蓄電池の開発」（1979年４月）のよう
な公刊報告書にも記述されている。前述の引用参
考資料の特記される教示点を、参考までにここに
記述する。

前述の報告書に詳細に論述されているように、
全体的なエネルギ効率を向上させるため、一般
に、塩化カリウムおよび塩化ナトリウムのような
導電性改善（向上）塩が、電解液および塩化亜鉛
蓄電池装置に加えられる。濃度２モルの塩化亜鉛
（蓄電池装置が十分放電された場合）を有する好
適な電解液にあつては、エネルギ効率を更に向上
させるために、濃度４モルの塩化カリウムおよび
濃度１モルの塩化ナトリウムのような、漸増する
濃度の上記強化塩を用いることが望ましい。総合
負荷調整モジユールのような、既存の塩化亜鉛蓄
電池装置を用いた実験により、このような塩分を
強められた（すなわち、４〜５モルの強化塩）電
解液のために水和物分解熱交換器がひどく詰ま
り、および（または）最終的に塞がることが明ら
かにされている。これによつて熱交換器を通る電
解液の流れが止まり、それが今度は塩化亜鉛の分
解を停止させ、そのため最早蓄電池が電気を生成
しなくなる。一般に、分解熱交換器はコイル状の
チタン管であり、水和物を分解して塩素ガスを回
収する目的で、蓄電池の電極積み重ね体を槽また
は溜まり内の温電解液から塩素水和物へ熱を移す
ために用いられる。既存の塩化亜鉛蓄電池装置の
場合、分解熱交換器は、一般に蓄電池装置の蓄積
部分の底部にある電極積み重ね体の成まりと同等
以下の高さに置かれている。

検討の結果、閉塞した熱交換器が、強化塩、と
りわけ塩化カリウムが塩分を強められた電解液か
ら析出して、集りあるは凝集する傾向を有するこ
とが判明した。詳細に言えば、分解熱交換器を通
る電解液の流れが止まつた時、そこを流過する電
解液の大部分が熱交換器内に残された。その際、
熱交換器内の停滞電解液から補強塩が析出または
晶出したが、これは明らかに、電解液の温度が蓄
積部分の内部温度（なるべく約10℃に保つことが
望ましい）に近づいた時に生じた過飽和状態の結
果である。放電モードの間の蓄電池装置の正常な
作動中には、電解液が分解熱交換器を通つて循環
していて上記の析出は生じない。一般に30〜40℃
の、極板部分の溜まりからの温かい電解液は、そ
れが分解熱交換器を流過する間、流れる電解液中
の補強塩の析出が生じるほど十分には冷却されな
い。

課題を解決するための手段 したがつて、本発明の主目的は、分解熱交換器
の詰まりあるいは閉塞なしに長期間の作動が可能
な、塩分の強い電解液を用いた改良蓄電池装置を
提供することにある。

本発明の更に明らかな目的は、電解液が最早そ
こを流過しなくなつた時に、電解液を自動的に流
出させ得る改良分解熱交換器を有する蓄電池装置
を提供することにある。

本発明の他の目的は、どのような電気的制御に
も依存することなく、前述の自動流出する特徴を
有する分解熱交換器を備えた蓄電池装置を提供す
ることにある。

本発明の別の目的は、全体的な装置効率をさほ
ど低下させたり、装置の費用をさほど増加させた
りすることなく、熱交換器を詰まらせまたは閉塞
させずに、塩分の強い電解液を使用できる改良蓄
電池装置を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、分解熱交換器内の導
電性改善（向上）塩の析出を排除し、または最小
限にする方法を提供することにある。

この目的は、以下の装置および方法を提供する
ことによつて達成される。

金属ハロゲン蓄電池装置が、金属とハロゲン
を含有する水成電解液によつて隔てられた陽極と
陰極を有し、ハロゲンガスが生成される少なくと
も一つのセル、電解液を収集する溜まり、およ
び該溜まりの上で包囲されたガス空間を含む、
電気エネルギー生成用積み重ね体装置と、セルか
らのハロゲン・ガスを水と反応させてハロゲン水
和物を生成させるための水和物生成装置と、ハロ
ゲン水和物を分解するための熱交換器を具備し、
水成材料成分としてハロゲン水和物を蓄積するた
めの蓄積装置と、ポンプ、及び積み重ね体装
置と熱交換器との間に延在する電解液導管を具備
し、積み重ね体装置からの電解液を熱交換器を通
じて断続的に循環させるためのポンプ装置とを有
しており、ポンプ装置が熱交換器を通じて電解液
を循環させていない時に熱交換器から電解液を排
出するために、熱交換器が、溜まりに集められた
電解液よりも高位に置かれている金属ハロゲン蓄
電池装置。

熱交換器内の塩の析出を最小限にして金属ハロ
ゲン蓄電池装置内のハロゲン水和物を分解させる
ために熱交換器を作動させる方法であつて、金属
ハロゲン蓄電池装置が、ハロゲン水和物を分解す
るための熱交換器を包含するハロゲン水和物副蓄
積装置と、電解液を収集する溜まりと、金属、ハ
ロゲンおよび少なくとも１種類の導電性改善塩を
含有する水成電解液によつて隔てられた陽極と陰
極とを備えた少なくとも１つのセルを包含する電
気エネルギーを生成するための副積み重ね体装置
とを備えている方法において、該方法が、電解液
の溜まりよりも上位に熱交換器を位置付ける段階
と、ハロゲン水和物の分解を行う時に、前記溜ま
りから熱交換器を経て該溜まりに戻るように電解
液を循環させる段階と、熱交換器を通る電解液の
循環が停止される時に、熱交換器から電解液を流
出させる段階とを包含することを特徴とする金属
ハロゲン蓄電池装置における熱交換器の閉塞防止
方法。

この蓄電池装置はまた、熱交換器から流出する
電解液と入れ替わりに熱交換器にガスを導入して
熱交換器の排液を増進するため、電解液ポンプの
出口と、熱交換器の入口との間に位置して、積み
重ね体装置のガス空間に連通する通気孔を設ける
こともできる。

本発明の他の利点および特徴は、図面を引用し
た下記好適実施例についての詳細な説明を読むこ
とによつて明らかになされる。

実施例 第１Ａ図、第１Ｂ図について説明する。これら
の図は、本発明による塩化亜鉛蓄電池装置１０の
正面図を示す。蓄電池装置１０の各種構成要素
は、第２図の構成図に詳細に示すように、相互に
連結された二つの円筒状容器１２，１４に収容さ
れる。上方の容器すなわちケース１２は、全体と
して引用符号１６で示される塩素水和物副蓄積装
置を収納する。下方の容器すなわちケース１４
は、蓄電池積み重ね体１８と、全体として、符号
２０で示される電解液副循環装置との両者を収納
する。

円筒状容器１２，１４は蓄電池枠構造体２２に
よつて支えられる。容器１２，１４は、なるべく
なら、これら容器内の電解液およびその他の化学
的内容物に対して化学的に耐性または不活性のポ
リ塩化ビニル（PVC）を内張りしたガラス繊維
強化プラスチツク（ERP）で作ることが望まし
い。容器１２，１４は、４本の流体交換管路また
は導管２４，２６，２８，３０によつて相互に連
結され、これらの管路を流過する流体の方向を適
当な矢印で示す。さらにまた、蓄電池装置１０に
は、４本の冷媒管路すなわち導管３２，３４，３
６，３８が設けられる。冷媒管路３２，３４は、
塩素水和物を形成する上で適当な程度にまで容器
１２内部の温度を下げるため、蓄電池の充電中
に、冷却液を蓄積副装置１６に供給する。冷媒管
路３６，３８は、塩化亜鉛電解液の温度を制御す
るために、電解液副循環装置２０の溜まりすなわ
ち電解液槽４０に電解液を供給する。

ここで第２図、第３図を引用して、電解液副循
環装置２０について説明する。電解液副循環装置
２０は、溜まり４０内の電解液面下で底部容器１
４の前端キヤツプ４２に取り付けられた卵形電解
液ポンプＰ１を備える。電解液ポンプＰ１は、電
解液ポンプに磁気的に接続された電動機４４によ
つて駆動される。電解液ポンプ４２は、なるべく
なら、インガーソル・ランド（Ingersoll−Rend）
により製造される遠心式のものが望ましい。電解
液ポンプ４２は、溜まり４０からチタン防護スク
リーン・フイルタ４６を経て電解液を引き出し、
スリツプ継手５８を経て独特の中心供給式電解液
分配マニホルド５０内へ軸方向に電解液を排出す
る。

マニホルド５０は、蓄電池積み重ね体１８を具
備するサブモジユールの対５２，５４の中のユニ
ツト・セルの各々に電解液を分配する。マニホル
ド５０は、サブモジユール５２，５４内のユニツ
ト・セルに電解液を均等に分配するのみならず、
電解液副循環装置内を流れる寄生電流の流れを制
御し抑制するように作用する。寄生電流は、セル
をつなぐ電解液の連結部の回路網によつて生成さ
れる導電路内を流れる電流である。寄生電流の抑
制については、特に、入口および出口の交差した
分配管の配置と組み合わされたマニホルド５０の
設置により、かなりの改善が達成されたが、それ
について、以下に更に詳述する。

第４図について説明する。同図は、電解質循環
装置２０の一実施例の概略図を示し、特にマニホ
ルド５０を通る電解液の流れを示す。また第５図
はサブモジユール５２，５４と関連する電解液副
循環装置の正面端面図を示す。また第６図、第７
図は、マニホルド５０の二つの図を示す。マニホ
ルド５０は、一対の同心管、すなわち内管５８、
外管６０を具備する中央部分５６を包含する。内
管５８は、電解液ポンプＰ１とその第一端部６２
で流体連通し、一線上にある金網の電解液フイル
タ６６を取り付けた反対側の開口端部６４を包含
する。フイルタ６６は、孔のあいた外側防護ジヤ
ケツト６８を備え、その末端にてキヤツプまたは
プラグ７０で終端する。電解液は、内管５８を経
てポンプ圧送され、フイルタ６６を経て外管６０
内に流出する。外管６０には、流体を内側エン
ド・キヤツプ７０の周りに、次いで導管７６内へ
と導くための流体導管路７４を包含するエンド・
キヤツプ７２が取り付けられる。導管７６は、例
えばエンド・プレート７８で封止され、電解液の
流体路を分岐する一対の管継手８０，８２をそな
える。同様に、外管６０は、更に別の二また流体
路を設けるために、一対の管継手８４，８６を電
解液ポンプＰ１に近い端部に備える。かくして電
解液は、フイルタ６６を経て外管６０内にポンプ
で送り出され、流体の半分は、電解液ポンプＰ１
から概ね遠方に管７６を経て送られ、他の半分
は、外管６０を経て概ね電解液ポンプＰ１方向へ
送られる。管継手８０，８２および管継手８４，
８６において、電解液の流れは、二つのサブモジ
ユール５２，５４のそれぞれ左右の各半分の双方
に送られるように、再び４本の分配路に分割され
る。

第４図について詳細に説明する。ここで、交差
した入口分配管の配置について説明する。第４図
においては、例えば、管継手８２に連結された分
配管８８がサブモジユール５４の左半分９０に送
液するが、この左半分は管継手８２から物理的に
右半分９２よりも遠方にあることがわかる。同様
に、管継手８６は分配管９４を介してサブモジユ
ール５４の右半分９２に連結される。したがつ
て、サブモジユール５４の左右の管路間の電気回
路は非常に長くなり、寄生電流の流れに対してか
なりの抵抗が付与される。例えば、ユニツト・セ
ル送液管９６，９８間の寄生電流は、分路を完結
するためには、管８８と管継手８２と管７６と外
管６０と管継手８６と管９４とを通る全距離を流
れなけれはならない。この分路の長さはかなりな
ものであり、したがつて電気抵抗も高いが、交差
する入口分配管８８，９４を包含する前述の流体
回路は電解液ポンプＰ１に極めてわずかな負担し
か与えない。したがつて、電解液ポンプＰ１は、
装置の全体的な効率の改善を伴なつた低馬力のも
のであつてよい。

第４図の実施例における電解液副循環装置２０
の出口部分も、寄生電流の流れに対する電気抵抗
を増大させるため、交差する入口分配管８８，９
４に関して前述したと同様にして、交差する出口
分配管配置を用いている。第４図に関連して、左
半分９０および右半分９２のような、各サブモジ
ユールの左半分と右半分とが、交差連結された中
心送液入口部分と同様にしてそれぞれ出口管１０
０，１０２と交差連結されることが判る。あるい
はまた、電解液副循環装置２０の出口部分に、第
３図、第５図に示すようなカスケード円蓋１０４
を用いることができる。この別の出口構成におい
ては、個々のユニツト・セルの各々が、出口ポー
ト１０６を通つて排出管１０８を経由し、そこか
らオリフイス１１０を経てカスケート円蓋１０４
の上面に排出する。次いで、電解液はこけらぶき
の屋根の上の雨水のように、溜まり４０内に落下
するにつれて外方に広がりながら円蓋１０４をあ
ふれて流れ出し、それによつて放電サイクル中の
電解液による気状塩素の吸収が増進される。

マニホルド５０と、入口の交差分配管配置と、
出口の集合管配置とは、広義の観点によれば、先
行技術による電解液の分配の仕方を参照するとよ
く判る中心送液の原理または構成と称し得る、よ
り一般的な原理または配列の建築ブロツクのよう
なものであると考えられる。先行技術の塩化亜鉛
蓄電池装置の場合、一般に電解液は、ほぼ連続的
なマニホルドまたは分配管のような、一端から他
端までの電解液抵抗が比較的低い普通の管寄せを
介して、直列ユニツト・セルから成るサブモジユ
ール内の各ユニツト・セルに送られる。この端末
送液配列により、サブモジユール内のほぼ全ての
セル間の分路内に比較的大きな寄生電流が発生す
る。これとは対照的に、第４図に示す電解液分配
装置は、電解液の流れを半分に分割し、寄生電流
に対して比較的大きな抵抗を有する物理的に別個
の管寄せ（例えば、マニホルド５０の管６０，７
６、または入口分配管８８，９４）を経て半分の
流れの各々を送る（または取り去る）ことによつ
て、直列ユニツト・セルから成る単一サブモジユ
ール（例えば、サブモジユール５４のような）に
電解液を送る。したがつて、先行技術による普通
に送液されるサブモジユールの各半分と送油装置
との間に存在する大きな寄生電流と比較して、別
別に（電解液を）送液されるサブモジユールの各
半分の間に存在する第４図の全分路が劇的に減少
される。さらに大づかみに言えば、中心送液配列
は、直列ユニツト・セルの単一サブモジユールへ
の電解液の流れが二つ（またはそれ以上）の概ね
等しい部分に分割され、次いで、比較的大きな電
気抵抗を有し且つ各複数の直列ユニツト・セルに
電解液を供給（または、そこから電解液を収集）
する電気的に絶縁された別個の二つの管寄せに分
配するように分離され、セル間の分路によつてサ
ブモジユールの別々に送液された部分の間に生成
される寄生電流が端末送液の電解液分配配列に比
べてかなり減少されるようにしたいかなる電解液
分配機能をも包含するもの、と言うことができ
る。本明細書に開示された蓄電池装置１０の電解
液副循環装置２０は、前述の中心送液の原理を具
体化し、中心送液配列を用いることによつて得ら
れる寄生電流の有利な減少を最大限にするように
特別に設計されている。

前述の中心送液電解液分配配列の有効性を第８
図について例証する。第８図は、横座標に沿つて
示すセル数の関数として、縦座標に沿つて示した
代表的な分路または寄生電流値の図解である。例
示の目的のために、電気的に直列に接続された30
個のユニツト・セルを有する蓄電池を仮定してあ
るが、電気的に直列に接続された異なる数量のユ
ニツト・セルを有する蓄電池においても同様の有
利な結果が得られることを理解すべきである。前
に言及したように、蓄電池内の全てのセルが、共
通の供給および復帰マニホルドを経て、１台の電
解液ポンプによつて用を足されている。この共通
の電解液マニホルドにより、蓄電池端子を横切つ
て電圧が存在し且つ蓄電池積み重ね体を包含する
電解液副循環装置２０に電解液が充満している時
に電流が通る導電性のある行路が得られる。この
分路電流によつて、充電中にセルを流過する有効
電流が低減化され、蓄電池内のセルは放電中に
種々の率で自己放電する。一般的に、これによ
り、蓄電池の積み重ね体の中心におけるセル電極
からの亜鉛の減損が早くなり、蓄電池積み重ねの
セルのクーロン効率に無視できない差を生ずる可
能性がある。

電解液の抵抗率と、電解液副循環装置２０の種
種の部分の大きさとを知つて、種々の部分の有効
電気抵抗を計算することができる。さらにまた、
所望ならば、参考のために本明細書に援用する
「寄生電流の影響を最小とする方法」と題する
1983年２月１日付発行の米国特許第4371825号の
教示に従つて等価電気回路モデルを構成すること
ができる。第８図は、そのような電気回路モデル
から計算された充電中の寄生電流値を比較したグ
ラフである。第８図は、先行技術による端末送液
電解液分配マニホルドを備える蓄電池装置に対す
る寄生電流分布を示す曲線１１２と、中心送液電
解液分配マニホルドをそなえる本発明による蓄電
池装置に対する寄生電流分布を示す曲線１１４と
を包含する。曲線１１２の全寄生電流の流れが曲
線１１４に対するそれよりも大きいのみならず、
中心送液マニホルドが用いられる場合に寄生電流
分布がかなり一様になつていることを曲線１１４
が示す、ということを銘記することは重要であ
る。中心送液マニホルドのこの利点は有利である
が、これは、それが寄生電流の流れを最小にする
ために望ましいだけでなく、それが、蓄電池積み
重ね体の各ユニツト・セルに対するほぼ一様なク
ーロン効率を得るために蓄電池の積み重ね体を横
切る寄生電流の一様な分布を有することもまた望
ましいからである。

第９図について説明する。同図は、蓄電池の積
み重ね体１８の基本的な構成ブロツクを形成する
塩化亜鉛蓄電池電極組立て体２００の分解図を示
す。電極組立て体２００は、一対の黒鉛陽極すな
わち塩素電極２０２，２０４と、高密度黒鉛陰極
すなわち亜鉛電極２０６と、プラスチツク枠部材
２０８，２１０とを具備する。陽極２０２，２０
４は、枠部材２０８の溝２１２，２１４に滑動し
て挿入され、枠部材は、その側縁の一方に沿うと
ともに頂部および底部の縁に沿つて、これら二つ
の電極を支える。枠部材２０８は、陽極２０２，
２０４を平行にそろえるように作用し、これらの
電極間に内側空所を付与する。枠部材２０８はま
た、陽極２０２，２０４間に枠部材２１０を入り
込ませるように形成される。

枠部材２１０は、ユニツト・セル・マニホルド
から陽極２０２，２０４間の内側空所まで電解液
を運ぶためのプラスチツク供給管２１６を備え
る。枠部材２０８にはまた、陰極２０６の側縁を
受け且つ陰極２０６を陽極２０２と平行にそろえ
るようにされた溝２１８が形成される。したがつ
て、枠部材２０８が、陽極２０２，２０４を互い
に並行且つ離隔させ、また陰極２０６を陽極２０
２から離隔せることに役立つことが理解されよ
う。陰極２０６と陽極２０２との間の〓間は電極
間ギヤツプと称せられ一般に約１mm（40ミル）な
いし約６mm（250ミル）の範囲にあり、なるべく
なら、約3.3mm（129ミル）が望ましい。

枠部材２０８はまた、陽極２０２，２０４に沿
つて電気機械的作動を改善するため、陽極の縁の
周りにマスキングまたは遮へいを施すことによつ
て、陽極２０２，２０４のエツジ効果を制御する
ことにも役立つ。一般的に言えば、溝２１２，２
１４，２１８は、陰極の見掛けの表面に比較して
陽極の見掛けの表面が小さくなるように形成され
る。マスキング・エツジ効果の更に詳細な議論に
ついては、「酸化体電極のエツジ効果の制御方法」
と題する米国特許第4241150号に見い出すことが
できるが、これを参考までにここに記述する。

また、陽極２０２，２０４間の内側空所に捉え
られるおそれのある非溶解塩素ガスを抜くための
オリフイス２２０を、枠２０８がその頂部に有す
ることを銘記すべきである。さらにまた、枠部材
２０８には、対向した、垂直に延在する一対のス
ペーサ・リブ２２２，２２４が形成される。リブ
２２２，２２４は、陽極２０２，２０４が外方に
曲がる傾向をも抑制し、陽極と陰極との間の所望
の電極間ギヤツプが維持されることを保証する。
3.3mm（129ミル）程度に増大したギヤツプによつ
て蓄電池装置の電流密度をかなり増大できること
が見い出されているので、この電極間ギヤツプの
完全性は重要である。また、上記の増大したギヤ
ツプによつて陰極への亜鉛のより高い負荷が可能
であり、それはまた、等価量の電気エネルギを蓄
積するために必要な電極の数の減少によつてかな
りの費用の節減を達成することを意味する。

電極組立て体２００の供給管２１６は、枠部材
２１０の上方に延在するニツプル部分２２６に形
成されるソケツトに圧入されている。さらにま
た、供給管２１６の下端は、枠部材２１０の上向
きに延在するクリツプ部分２２８と支持チヤネル
部分２３０との間に嵌められる。また、枠部材２
１０の支持チヤネル部分２３０の下端が、枠部材
２０８の内側セパレータ部分２３２の下端に合う
ように形作られることも銘記すべきである。下端
のこの輪郭を備えた形状は、枠部材２１０の頂部
の概ね水平に延在するフランジ部分２３４と組合
わされて、枠部材２１０を枠部材２０８にロツク
するように働く。

電極組立て体２００を作るために使用できる材
料については、陽極２０２，２０４が、ユニオ
ン・カーバイド・コーポレーシヨンのPG−60も
しくはTS−1697黒鉛、またはエアコ・カーボ
ン・カンパニー（のＳ−1029もしくはＳ−1517黒
鉛で形成されることが好ましい。陰極２０６につ
いては、この電極を、ユニオン・カーバイド・コ
ーポレーシヨンのECL級の黒鉛またはそれに代
わるATRもしくはATJ黒鉛のような等級のもの
で形成することが望ましい。枠部材２０８，２１
０および管２１６については、これらの構成要素
（以下に説明するその他のプラスチツク構成要素
と同様に）を、それらが接触することになる電極
およびその他の化学的存在に対して化学的に耐性
があり且つ不活性の適切且つ非導電性材料で形成
可能である。枠部材２０８，２１０を、ゼネラ
ル・タイヤ・アンド・ラバー・コーポレーシヨン
のポリ塩化ビニル「ボルタロン（Boltaron）」
（登録商標名）またはビー・エフ・グツドリツ
チ・コーポレーシヨンのポリ塩化ビニル「ゼオン
（Geon）」（登録商標名）で形成し、また管２１６
を、デユポン社の「テフロン（Teflon）」（登録
商標名）（ポリテトラフルオロ・エチレン）で形
成することが望ましいが、ペウオルト
（Penwalt）の「カイナー（Kynar）」（登録商標
名）（ポリふつ化ビニル）または当初に確認され
た報告書「実用的塩化亜鉛蓄電池の開発」（1979
年４月）の第33節に記述された材料のいずれかの
ような、他の好適プラスチツク材料を使うことも
できる。

第１０図について説明する。同図は、塩化亜鉛
蓄電池の積み重ね体の「開」サブモジユール２３
６の分解図を示す。サブモジユール２３６は亜鉛
成端コーム（櫛状物）組立て体２３８と、塩素成
端コーム組立て体２４０と、１つ以上の双極中間
コーム組立て体２４２とを具備する。サブモジユ
ール２３６を単一の中間コーム組立て体と共に示
してあるが、更に多数の中間コーム組立て体を設
けるだけで、このサブモジユールを拡張できるこ
とを理解すべきである。第１０図に示すように、
サブモジユール２３６は、電気的に直列に接続さ
れた２つのユニツト・セルを包含する。各ユニツ
ト・セルは、電気的に並列に接続された多数の単
一セル（すなわち、陽極とそれに対向する陰極）
を具備する。

第１１図に詳細に示された中間コーム組立て体
２４２は、概ね平らな二つの対向面を備える導電
性の（すなわち、高密度の黒鉛で形成された）母
線（バス）部材２４４と、隣接ユニツト・セル間
にイオン・シールを施すため、概ね母線部材の端
部の周りに配設されたプラスチツク枠２４６とを
包含する。枠２４６は、なるべくなら、母線部材
２４４の端部の周りにポリ塩化ビニル（PVC）
を射出成形することによつて形成することが望ま
しい。このPVC封入部と母線部材２４４の端部
との間に機械的なインタロツクを付与するため
に、縦方向に延在する一対の対向する溝２４７を
用いることができる。複数の陽極構造体２４８が
圧入または締りばめ連結によつて母線部材２４４
の一方の外面に取り付けられ、それに間隔を置い
た垂直の溝２４９が設けられ、他方、複数の陰極
２５０が同様にして母線部材の他方の面に取り付
けられる。陽極構造体２４８の各々は第９図の電
極組立て体２００によつて作られ、陽極２０２，
２０４とプラスチツク枠部材２０８，２１０とを
包含する。ユニツト・セル電解液分配マニホルド
２５２が各枠２４６の頂部に超音波で溶接される
か、さもなければ他方の方法で固定され、それに
より、電解液を供給管２１６に運ぶことができ
る。詳述すれば、枠部材２１０の頂部から延在す
るニツプル２２６がマニホルド２５２の底部トレ
ー２５４の孔に挿入される。次いで、これらのニ
ツプル２２６は漏れ止め接続を得るため、熱据え
こみによつて、マニホルド２５２の底部トレー２
５４に溶接される。

各ユニツト・セルが個別にシールされ得るよう
に、第１０図に示すようなプスチツク・トレー２
５６が、溶接されるか、または他の方法で、母線
棒枠２４６に液密接続で固定される。ユニツト・
セルからの電解液を受け、この電解液を槽すなわ
ち溜まりに向けるようにされた収拾カツプ２５８
と排出蛇行チヤネル・プレート２６０とによつ
て、ユニツト・セルの各々に供給された電解液の
帰路が設けられる。他のプラスチツク枠部材また
は構成要素の場合と同様に。収集カツプ２５８と
排出蛇行チヤネル・プレート２６０とが液密接続
でトレー２５６に溶接され、または別の方法で
（溶剤結合によるなどして）固定される。

第１１図に示すように、ユニツト・セル分配マ
ニホルド２５２または、溶接または溶剤結合によ
つて底部トレー２５４に固定された頂部カバー２
６２をも備える。マニホルド２５２の重要な特徴
は、底部トレー２５４と頂部カバー２６２との間
のマニホルド全長に沿つて延在する目打ちされた
プラスチツク・スクリーン２６４の装備である。
スクリーン２６４の目打ちは、枠部材のニツプル
２２６の開口部に直径よりを適当に下回るように
選ばれ、したがつて供給管２１６を通る流体の流
れを閉塞しまたは遮る可能性のあるいかなる粒子
もスクリーン２６４によつてろ過して取り除かれ
る。スクリーン２６４は、なるべくなら「カイナ
ー（Kynar）」（登録商標名）で形成することが望
ましく、またなるべくなら概ねＵ字形に彎曲され
ることが望ましい。また、マニホルド２５２に
は、それが形成されていなければマニホルド内に
トラツプされる可能性のある全てのガスを逸出き
るようにする適当なオリフイス２６５（第１２図
に示す）が設けられていることも銘記すべきであ
る。ユニツト・セルの外側端の近くにオリフイス
２６５を位置させることによつても、ユニツト・
セルの最外側の電極の近くに十分な電解液の流れ
が生じることが保証される。

第１０図には、前述のプラスチツク構成要素２
５２ないし２６４を、塩素成端コーム組立て体２
４０に関連して組み立てられた状態で示してあ
る。塩素成端コーム組立て体２４０は、母線棒２
４４の一方の面に沿つた複数の陰極２５０が塩素
成端コーム組立て体に備えられていない点を除け
ば、中間コーム組立て体２２と構造が類似してい
る。しかし、塩素成端コーム組立て体２４０は、
サブモジユール２３６への外部電気結線を容易に
するため、母線棒２４４に取り付けられた複数の
電気端子を備える。全体として引用符号２３６で
示されるこれらの電気端子は、亜鉛成端コーム組
立て体２３８について例示されている。亜鉛成端
コーム組立て体２３８は単に、両端と外側面とを
プラスチツク・フレームに囲まれた母線棒と、そ
の内側面に取り付けられた複数の陰極とを具備す
るのみである。組み立てられた状態においては、
中間コーム組立て体２４２の陽極構造体２４８が
亜鉛成端コーム組立て体２３２のの陰極２５０と
組み合わされ、中間コーム組立て体２４２の陰極
２５０が、塩素成端コーム組立て体２４０の陽極
構造体２４８と組み合わされる。したがつて、中
間コーム組立て体２４２の陽極構造体２４８と亜
鉛成端コーム組立て体２３８の陰極２５０とがサ
ブモジユール２３６の一方のユニツト・セルを形
成し、中間コーム組立て体２４２の陰極２５０と
塩素成コーム組立て体２４０の陽極構造体２４８
とが、サブモジユール２３６の他方のユニツト・
セルを形成する。

第１２図は、第２図および第３図の蓄電池の積
み重ね１８の「閉」サブモジユール５４の切取り
斜視図を示す。サブモジユール５４の構造は、幾
つかの点で第１０図のサブモジユール２３６と同
様である。これら二つのサブモジユール間の主な
違いは、サブモジユール２３６がユニツト・セル
から塩素ガス（他の任意のガスと同に）を遊離さ
せるため、一般にその頂部を開けているのに対
し、サブモジユール５４はユニツト・セルからの
流体の流れを制御するため、一般にその頂部を閉
じていることである。サブモジユール５４は、電
気的に直連に接続された２４組のユニツト・セル
から成る。これらのユニツト・セルを対として引
用符号３００で示す。

さらにまた、第１３図〜第１６図は、サブモジ
ユール５４の亜鉛成端ユニツト・セル３００の幾
つかの図を示し、そのプラスチツクの頂部３１０
を詳細に示してある。この頂部は、ユニツト・セ
ルのためのほぼ閉じられた仕切りを形成するため
に、３側面を有するトレー部分３１１に溶接され
るか、または他の方法でシールできるように固定
される。頂部３１０は、ユニツト・セル供給管３
１３を経由して電解液分配管８８に連結される供
給ポート３１２を有する。電解液の同様な連通
を、供給管３２０を経由して電解液分配管３１８
に連結されるサブモジユール５２のユニツト・セ
ル３１６の供給ポート３１４を示す第３図につい
て詳細に見ることできる。

ユニツト・セル３００の頂部３１０または、出
口管３２６経由してカスケード円蓋３２４に連結
される出口ポート３２２を有する。第１４図に詳
細に示されるように、頂部がさらに、下向きに延
在する蛇行仕切り部分３３０と一体に形成される
概ね水平方向に延在する頂壁３２８を備える。蛇
行仕切り部分３３０は、それに概ね液密シールし
て固定される底部カバー・プレート３３４と結合
して蛇行チヤネル排出マニホルド３３２を形成す
るために用いられる。排出マニホルドの開口部３
３６によつて、塩素ガスと電解液とは、第１６図
に詳細に示すように、ユニツト・セル３００から
流出する。

ユニツト・セル３００の頂部３１０は更に、一
般に頂部カバー３４０と、それに液密関係をもつ
て固定された底部トレー３４２とから成るユニツ
ト・セル供給マニホルド３３８を備える。頂部カ
バー３４０は、頂部３１０の頂壁３２８内のオリ
フイスを貫いて延在するようにされた上方の円筒
状部分３４４を備える。供給ポート３１２は、円
筒状部分３４４に外嵌固定される。頂部カバーに
はまた、底部トレー３４２と相まつてマニホルド
３３８を通る電解液の流れを導く細長い、下方に
延在する仕切り部分３４６，３４８が形成され
る。ユニツト・セル３００への電解液の流れをろ
過するためのスクリーン３５０が頂部カバー３４
０と底部トレーとの間に挿入される。底部トレー
３４２には、底部トレーに溶接されて塩素電極ま
たは陽極２０２，２０４間の内側空所に電解液を
流れさせる電極枠２０８のニツプル２２６が貫通
する複数の孔３５２が形成される。

第３図、第４図、および第９図〜第１６図につ
いて説明する。ここで、蓄電池装置１０の電極組
立て体２００内に包含される個々の塩素電極の対
の全ての間における電解液の分配の均一性につい
て説明する。上記の図面に示すように、蓄電池装
置１０の電解液副循環装置２０は、無数の大小の
マニホルドと蛇行チヤネルと各種サイズの分配管
とから成り、それらの全てが、蓄電池積み重ね体
１８内の各供給管２１６（第９図参照）によつて
示される。流れに対する比較的高い流体抵抗に比
較してかなり低い流体抵抗を、そこを流過するよ
うに計画された電解液の量に対して示すような大
きさに作られる。前述の計画によつて、両サブモ
ジユール５，５４でなくとも、全てのユニツト・
セル・マニホルド２５２（第１１図参照）内に、
また各サブモジユールの全ての蛇行チヤネル排出
マニホルド（第１２図および第１４図参照）内に
ほぼ同等の流体圧力が存在する。したがつて、各
供給管２１６にわたつての種々の電解液の圧力が
ほぼ同じであるため、また蓄電池詰み重ね体１８
内の全ての供給管２１６が、同一長、同一内径で
あるため、各サブモジユール内の全ての電極組立
て体２００にほぼ等しい流量が得られる。

同様に、電解液副循環装置２０内の全てのマニ
ホルドおよび分配管の許容流量は、それらが遭遇
する流量に比べて大きいので、任意の所与の供給
管２１６に加わる種々の流体圧力と、したがつて
そこから供給される電極組立て体２００の電解液
流量とは、蓄電池装置１０が充電または放電する
時間を通じて一様なままである。

ここでとくに第１５図について説明する。同図
は、ユニツト・セル３００が、頂壁３２８に液密
に固定されたガス逃し弁３５４を備えていること
も示している。逃し弁３５４は、ユニツト・セル
３００内の電解液のレベルに応じて、このユニツ
ト・セルの内部仕切りから選択的にガスを抜くた
めに用いられる。特に、逃し弁３５４は、蓄電池
装置１０が充填待機モードにある時、ユニツト・
セルの仕切り内に存在する可能性のある全ての水
素ガスを抜くために有利に用いられる。

一般に逃がし弁３５４は、大凡円錐形の中空内
部３５７を有す円錐状のハウジング３５６と、浮
揚性のフロート部材３５８とから成る。ハウジン
グ３５６には、ガスを抜くためのオリフイス３６
０がその頂端に形成され、逃し弁３５４には、逃
し弁をスナツプばめ連結で頂壁３２８に機械的に
ロツクするための一対のタング部材（刃根状部
材）３６２，２６４（第１６図に詳細に示す）が
その下端に構成される。フロート部材３５８は、
ハウジング３５６の内面３６６に概ね適合するよ
うに形作られ、したがつてフロート部材は、電解
液によつてフロート部材に加えられた圧力によつ
てフロート部材が上方に動かされてハウジングと
シール係合する時に、ユニツト・セルの仕切りか
らの流体の流れを塞ぐ。フロート部材３５８には
また、フロート部材の上方への動きをハウジング
３５６とのシール係合に導くための、上向きに延
在するステム部分３６８が形成される。フロート
部材３５８はなるべく中空の内部を有することが
望ましいので、その中に多量の空気を捕捉するた
め、フロート部材の円筒部分に底板３７０の接着
される。また、ユニツト・セルの仕切りの頂壁３
２８に、流体を逃し弁３５４に連通させるための
オリフイス３７２が設けられるが、このオリフイ
スが、電解液レベルの低い時に排出マニホルド３
３２内にフロート部材が落ちることを防ぐため
に、フロート部材３５８の直径よりも適当に小さ
く作られることも銘記されるべきである。しかし
それでも、オリフイス３７２はまた、頂壁３２８
上にフロート部材３５８が載る点まで、フロート
部材３５８が落ちた場合でも、通気ができるよう
に適切に形作られなければならない。

蓄電池装置の充電中または放電中のように、電
解液が蓄電池装置１０を通つて循環している場
合、各ユニツト・セル３００の排出マニホルド３
３２は電解液で満たされるようになり、フロート
部材３５８がオリフイス３６０をシールする点に
まで上方にフロート部材３５８を移動させる。次
に、蓄電池装置が待機モード、例えば充電または
放電の終了に切り換えられると、電解液ポンプＰ
１は停止され、電解液の循環が止まる。このため
フロート部材３５８の下方への動きによつて、オ
リフイス３６０を再び開くに十分な点まで、排出
マニホルド３３２内の電解液レベルが下降する。
オリフイス３６０の再開により、排出マニホルド
３３２内、またはプルート３３４と電極フレーム
部材２０８の頂部との間のガス空間内に存在する
いかなるガスも、逃し弁３５を経てユニツト・セ
ルの仕切りから抜き出すことができる。この自動
的な通気装置は、蓄電池装置１０が充電された後
に蓄電池装置１０が待機モードに置かれる場合と
くに重要であるが、これは、それによつて、この
時間中に亜鉛または塩素電極２０６で発生したい
かなる塩素ガスもユニツト・セルの仕切りから抜
き出せるからである。また、逃し弁３５４が、フ
ロート部材３５８に対する大きさおよび密度の適
切な選定によつて、電解液の循環が停止した後
に、電解液の毛管引力または表面張力によつて浮
揚性のフロート部材３５８が持ち揚げられてハウ
ジング３５６とシール係合しないように設計され
ることも銘記されるべきである。

第３図、第５図はまた、下部容器１４内のサブ
モジユール５２，５４を支えるために用いられる
プラスチツクのそり体４００を示す。前述の各種
の電解液分配ならびに収集構成要素を結合してサ
ブモジユール５２，５４が完全に組立てられる
と、次いでそれ体４００細長いレール４０２に沿
つて容器１４内に滑入される。

第３図はまた、サブモジユール５２，５４に対
して施された電気結線を示す。一つの電力端子が
サブモジユール５２，５４の各端に接続されるよ
うにした４本の電力端子のセツト４０４が与えら
れている。これらの電力端子の各々が、チタン棒
４０８に摩擦溶接されたチタン・クラツド銅棒４
０６を具備する。チタン棒４０８は、サブモジユ
ール５２，５４の各端に設けられた複数の端子ポ
スト４１０に取り付けられる。一且サブモジユー
ル５２，５４に取り付けられると、次いで電力端
子４０４は、なるべくなら、容器１４の外側に延
在するプラスチツク（液体注封用樹脂）外被に包
ることが望ましい。次いで、電力端子４０４の自
由端を、蓄電池装置１０を放電する適当な直流電
源または蓄電池装置を放電させる適当な負荷に接
続することができる。

第３図はまた、引用符号４１４をもつて、仮想
線で示す適当な紫外線源を入れるために用いられ
るガラス管４１２を示す。ガラス管４１２は、紫
外線源４１４の交換を容易にするために容器１４
の外側に延在するようにされる。紫外線源は、容
器１４内のガス空間に存在し得る水素ガスを塩素
ガスと反応させてえ水素を形成せしめる。

再び第２図について説明する。容器１２の副蓄
積装置１６ならびに容器１４の蓄電池積み重ね体
１８および電解液副循環装置２０の間の相互作用
につき、ここで簡単に説明する。蓄電池装置１０
が充電モードにある場合、蓄電池積み重ね体１８
は、塩素ガスの連続的な供給量を生成する。塩素
ガスは、導管２６を経由し、ガス・水和物ポンプ
Ｐ２によつて、容器１４から容器１２へ引き出さ
れる。次いでポンプＰ２は、塩素ガスを容器１２
内の冷却された液体（なるべくなら水）と混同し
て塩素水和物を形成する。蓄電池が放電モードに
ある場合、弁Ｖ１が開かれて、溜まり４０からの
温かい電解液を、導管２８，３０を経由し、容器
１２内に位置する水和物分解熱交換器HX２を通
してポンプ圧送されるようにする。これによつて
水和物を徐々に分解し、塩素ガスを連続的に遊離
する。弁Ｖ２が開かれた場合、容器１２内に遊離
された塩素ガスは、導管２４を経由し、容器１４
に返送される。この塩素ガスは、次いで電解液副
循環装置２０内に噴射され、そこで、ガスは蓄電
池積み重ね体１８に分配されている電解液内で分
解される。放電終了時には、塩素水和物の全てが
分解され、塩素ガスは蓄電池積み重ねに戻され且
つそこで尽きる。

第１７図は、第１図および第２図に示された副
蓄積装置１６内の設備配置を示す切取り斜視図で
ある。副蓄積装置１６は短い円筒状のケースすな
わち容器１２内に入れられ、なるべくなら、第１
図に示すように積み重ね体容器１４の上方に取り
付けられることが望ましい。容器１２は一体の半
球形の端部６００を有し、他端部を、フランジ６
０４にボルト止めされた半球形のカバー６０２で
閉ざされる。作動中は、容器１２が、第２図に液
体レベル・ラインによつて詳しく示した比較的小
さいガス空間６０５を残して、ほぼ完全に液体
（なるべくなら水）で満たされる。

蓄積容器１２の内部または上に位置する構成要
素には、ガス・水和物ポンプＰ２と、フイルタ・
パツケージＦと、圧力調整オリフイス６２２と、
水和物形成熱交換器HX１と、分解熱交換器HX
２とが包含される。ここで、これらの構成要素の
各種特徴と作動特性とについて説明する。

駆動電動機６０８を取り付けたガス・水和物ポ
ンプＰ２が半球形カバー６０２のボス６１０に取
り付けられる。ポンプＰ２は、プラスチツクのポ
ンプ・カバー６１２を貫いてポンプ軸に電動機電
機子を磁気的に連結した差込み形式の構造であ
り、したがつて蓄積容器１２の壁を貫いて突出す
る電動機またはポンプの軸はない。ポンプＰ２
は、インガーソル・ランド（Ingersol Rand）に
よつて製造された外歯車または平歯車形式のポン
プであり、プラスチツクの歯車およびハウジング
と、黒鉛のブシユとで作られる。

ポンプＰ２は、円錐ノズル６１４を経て、容器
１２の頂部のガス空間６０５内に直接吐出する。
ポンプＰ２の吸込み部分６１６は、容器１２内に
堅固に取り付けられた入口管継手または継手６１
８内に直接差し込まれ、また連結される。蓄電池
積み重ね体１８から導管２６を経由して供給され
るガスと、副蓄積装置１６からの液体とが継手６
１８を経てポンプＰ２内に供給される。冷却され
た液体（なるべくなら水）は、コイル状の二重管
式熱交換器HX１を経て、容器１２の液槽すなわ
ち水槽６２０から引き出される。

水槽６２０内の水和物の結晶、あるいはまたス
ラリーが熱交換器HX１とポンプＰとを経て引き
出されないように、リーフ形式の分離フイルタ・
パツケージ「Ｆ」が使用される。フイルタ(F)は二
重壁シリンダとして形成され、水槽６２０内に沈
められる。フイルタ(F)は、剛性のリング状プラス
チツク・フレーム上の相目のポリ塩化ビニル
（PVC）網で構成され、フイルタ(F)のシリンダ壁
間の空間にいかなる水和物も入らぬように効果的
に防止するテフロン（Teflon）（商標名）フエル
ト生地のスリーブで被覆される。

水は、所望の液体流量を許容し且つ、なるべく
なら約0.7734Kgｆ／cm²（絶対値）（11psia）、の近
似的なポンプＰ２吸込み圧力で熱交換器HX１内
の内圧を保持するような大きさのオリフイス６２
２を経て、フイルタ(F)のシリンダ壁間の空間から
熱交換器HX１に入る。

多数の添付図面に示すように、熱交換器HX１
は単純な二重管組立て体で、なるべくなら、第１
７図に示すようなコイル６２４を形成するように
圧延された２本の同心チタン管から成ることが望
ましい。ユニオン・カーバイド・コーポレーシヨ
ンから市販されている「ハイ・フラツクス
（High−flux）」被覆は、内側管の外面に好適に
付され、有核沸騰を促進することにより冷媒沸騰
に必要な過熱を甚だしく低減させ、従つて熱伝達
係数を２ないし10倍に効果的に向上させる。この
種の被覆を用いることにより、熱交換器HX１
を、他の方法でなし得るよりも一層コンパクトに
作ることができる。

熱交換器HX１はなるくならフレオン（Freon）
12（商標名）が望ましく、耐圧封止ブシユを介し
て竹容器１２の半球形の端部６００を貫通するよ
うに示した冷媒の供給および返送管路３２，３４
によつて供給される。第２図および第１７図に示
すように、冷媒が鉄交換器HX１のコイル６２４
の環状部分を流過するのに対し、蓄積液体はコイ
ル６２４の内側の管を流過する。

蓄積容器１２内部にまとめられた装置は、なる
べくなら、容器の彎曲した内面に載るように合わ
せて作られた自動定位支持枠またはそり対（図示
せず）に上に取り付けられることが望ましい。こ
の種の支持枠によつて、熱交交換器HX１，HX
２とパツケージ・フイルタ(F)と、圧力制御オリフ
イス６２２と、ポンプ入口継手６１８とを蓄積容
器１２の外側に組み立てることができ、それらを
完全な組立て体として内部に滑入させることがで
きる。次いで、２本の冷媒管路３２，３４のため
のブシユおよび熱交換器HX２に到る管路２８，
３０のための２個のブシユのような、蓄積容器１
２に対する装置の各種付属品により、蓄積容器１
２の内部にまとめられた装置を蓄積容器１２の関
して固定状態に保つことができる（第２図、第１
９図参照）。この種の支持フレームと取付け点の
体系とを用いることにより、蓄積容器１２の内部
で組立て作業を行う必要がなくなる。

第１７図、第１９図、第２０図に示す各種形状
の分解熱交換器HX２は、一定の長さの管材料
（なるべく外径12.7mm（1/2インチ）また15.875mm
（5/8インチ）のチタン管材料）を所望の形状すな
わちパターンに折曲することによつて形成され
る。すぐ後で、詳細に説明される理由により、熱
交換器HX２のために選定されるコイルのパター
ン（全体形状）は、非使用時に熱交換器HX２か
ら電解液が流出できるものでなければならない。
第１９図および第２０は、上記の適切な流出を確
保するように設計された熱交換器HX２の好適な
二つのコイルの型を示す。経験によれば、例え
ば、第１７図に示す熱交換器HX２の概ね水平な
コイルのパターンあつてすら、熱交換器HX２か
らの電解液の完全な流出が効果的に得られないこ
とが示されている。

当初述べたように、蓄積容器１２自体は、なる
べくなら、ポリ塩化ビニル（PVC）内張り付さ
れたガラス繊維強化プラスチツク（FRP）で形
成されることが望ましい。蓄積容器１２の内部温
度は、なるく蓄電池装置の屋内設置に際して、通
常の環境温度より低いと見られる約10℃に保たれ
ることが望ましい。したがつて、装置全体のエネ
ルギ効率を向上させるために、なるべく蓄積容器
の外面の大部分の周囲に断熱材を設けることが望
ましい。好適な実施例においては、符号６２８で
示される38.1mm（１ 1/2インチ）のウレタン・フ
オーム層が容器１２の外側の約80％を覆い、その
フオームは、損傷から防護するために、薄い
3.175mm（1/8インチ）のガラス繊維強化プラスチ
ツク（FRP）の補強材で覆うことができる。

本発明の蓄電池装置１０の場合、好適な電解液
は、全体的な蓄電池装置効率を向上させるため
に、濃度約４モルの塩化カリウムと濃度約１モル
の塩化ナトリウムから成る強化（すなわち、導電
性を向上させる）塩を包含する（蓄電池装置１０
が完全に放電した時に測定された）濃度約２モル
の塩化亜鉛である。

蓄電池装置１０の正常な作動中は、積み重ね体
容器１４内の電解液の温度が、なるべくならば、
約30〜40℃に維持されることが望ましい。熱交換
器HX２を通つて連続的に循環する溜まり４０か
らの温かい電解液は、通常、それが熱交換器HX
２を流過する間には、10℃より多くは冷却され
ず、したがつて、この場合は、電解液内の強化塩
の析出は生じないのが普通である。しかし、熱交
換器HX２内の電解液が蓄積容器内で維持された
内部温度付近まで冷却するために十分な時間だけ
熱交換器HX２が停止された場合には、この熱交
換器内に高塩分の電解液が残されると、それより
も塩分の高くない電解液が所の塩化亜鉛蓄電池装
置に残るため、補強塩の析出とそれがもたらす分
解熱交換器HX２の閉塞とは多きな問題であろ
う。

上述の問題点を取り除くために、従来形式の塩
化亜鉛蓄電池装置は設計変更され、その結果、分
解熱交換器HX２では、そこを電解液が流れる必
要のない期間中に、自動的に液排出せしめられ
る。追加費用、複雑さ、あるいは制御設備（制御
用の弁および／またはポンプ）を、蓄電池装置に
加えることなく、分解熱交換器の自動液排出を実
行するため、本明細書における蓄電池装置１０
は、蓄積副装置１６の熱交換器HX２が蓄電池の
積み重ね体１８と結合された溜まり４０より高い
位置に置かれるように設計され、したがつて電解
液は、そこを通る必要がない時に、熱交換器HX
２から流出して溜まり４０戻る。これはなるべく
なら、第１図、第２図、および第２０図の最新の
蓄電池装置の形に示されるように、積み重ね体容
器１４の真上に蓄積容器１２を置くことによつて
達成されることが望ましい。

第１８図は、蓄積６３０を溜まり４０内の電解
液レベルの上方に引き上げるという自動流出熱交
換器の概念の略図である。第１８図を参照すれば
わかるように電解液ポンプＰ１が積み重ね６３２
に電解液を供給する。塩化亜鉛蓄電池サイクルの
放電モードの間、ポンプＰ１または、通常、蓄電
池サイクルの全ての他の時間中は閉止されている
分解制御弁Ｖ１を開くことにより、導管６３４を
経て熱交換器HX２に電解液を供給する。熱交換
器HX２によつて蓄積６３０内の液体に熱が供給
される速度が、蓄積内の塩素水和物の分解によつ
て塩素が遊離される速度を規定する。この熱伝達
速度を調節するため、放電モード中に、制御弁Ｖ
１を断続的に開閉することができる。電解液の流
れが制御弁Ｖ１によつて遮断された場合、熱交換
器HX２内の電解液は、導管６３６を経て溜まり
４０内に流出する。熱交換器HX２が溜まり４０
よりも高く且つ十分な傾斜を有し、その管材料が
十分な内径のものであれば、特に、塩化亜鉛蓄電
池装置に用いられる水性電解液が淡水に加めて類
似した軟度を具えているために、電解液がそこか
ら自然に流出する、ということは当業者には理解
されよう。しかし、熱交換器HX２に通常用いら
れる比較的小さい直径の管材料において、十分速
い排液を促進するため、ガスが熱交換器HX２内
に入り、そのガスが流出電解液と入れ替わるよう
に、ポンプＰ１の出口と熱交換器HX２の入口６
４０との間に、通気装置６３８が付加されてい
る。第１８図に示すように、積み重ね体の容器１
４内のガス空間６４２からガスが引き出されるこ
とが好ましい。基本的には、第１８図に示すよう
に位置す分解制御弁Ｖ１を使用する蓄電池装置に
おいては、制御弁Ｖ１より下流側に通気孔６３８
を置かなければならない。

本発明の塩化亜鉛蓄電池装置の好適な実施例の
通気装置６３８は、導管６３４内の直径1.587mm
（1/16インチ）の孔であつて、積み重ね体容器１
４内のガス器６４２に連結されている。より大き
い、またはより小さいサイズの孔を通気孔６３８
として用い得ることは当業者に理解されよう。例
えば、0.794mm（1/32インチ）の孔を用いるこも
できるが、おそらく電解液内に存在するであろう
小さい微粒子ないし異物による閉塞の可能性がよ
り少ないと思われるので、1.587mm（1/16インチ）
の孔が好ましいと考えられる。7.937mm（5/16イ
ンチ）の孔のようなかなり大きい孔を上回る
1.587mm（1/16インチ）の孔のような小さい孔の
利点は、その液体体積容量が熱交換器を通る電解
液の流れに比べて十分少ないことであり、したが
つて通気孔６３８を経て溜まり４０に戻るいかな
る電解液の流れも、蓄電池装置に対して極く僅か
なエネルギ損失しか与えない。さらに、上記の小
さい孔に対する通気孔６３８の気体体積容量は、
熱交換器HX２内の電解液が、導電性改善塩の相
当量の析出をさせるに十分なだけ冷却されるに先
立つて、熱交換器HX２からのかなり急速な電解
液の流出を確保するために十分大きい。

第１８図、第１９図、および第２０図は、自動
流出形式の熱交換器HX２が、なるべくなら三つ
の部分、即ち、入口部分６４０と、出口部分６４
４と、入口および出口両部分の間に配設された概
ねら旋状の中心部分６４６とで構成されることが
望ましいことを示している。中心部分６４６は、
電解液を熱交換器HX２から流出させるべき時
に、熱交換器HX２の中心部分になんらかの電解
液が残留することを防止するため、なるべくな
ら、入口振分６４０から出口振分６４４へと、ほ
ぼ連続的に下方へ傾斜することが望ましい。傾斜
の角度は、熱交換器HX２内に電解液が残留する
ことを防止し且つ相当量の析出をさせるに十分な
だけ電解液が冷却する前に、電解液の比較的急速
な流出をさせるために十分大きい限り、これを変
化させることができる。熱交換器HX２の最適な
傾斜および形状は、それに利用可能な蓄積容器１
２内の余地と、それに用いられる管材料のサイズ
および長さと、熱交換器ならびに溜まり４０およ
び電解液ポンプＰ１間を相互に連係する導管の長
さと、通気孔６３８の孔またはオリフイスのサイ
ズとに依存する。これらの設計上の細部の全てに
ついての変更は、本発明の予測される範囲に属す
るものである。

通気装置６３８は、第１８図に示すようにガス
空間に連続的に開放しているのではなく、制御弁
の使用中、必要に応じて交互に開閉させてよい。
導管３６４の簡単な孔は、制御弁による通気操作
に用いる上で好適と思われるが、それは、この種
の空気孔が費用が安く、簡単で、しかも作動が本
質的に自動的であるからである。

第１８図に見られるように、導管６３４の分解
制御弁Ｖ１と空気孔６３８との間に若干の電解液
が残る可能性がある。導管６３４は蓄積容器１２
の外側にあり、したがつてかなり高い環境温度下
にあるので、その内部での塩の析出は問題にはな
らない。

第８図に示す基本的な自動流出熱交換器装置の
別の利点は、それが、熱交換器HX２を流過する
電解液の固有の運動量を十分に利用して、熱交換
器HX２における迅速流出の促進を助けることで
ある。

第１図および第２図は、通気孔６３８およびそ
の配管の好適実施例を示す。詳述すれば、分解制
御弁Ｖ１と、第２図にオリフイス６４８として略
図で示した通気孔６３８とは蓄積容器１２および
付き重ね体容器１４の両者の外部に位置する。導
管２４，２６，２８，３０、弁Ｖ１，Ｖ２、通気
孔６３８、ならびに第１図および第２図に示すそ
の他の設備を外部に置くことによつて、これらの
故障対策、保守、修理が容易になる。第１９図お
よび第２０図は、それぞれ自動流出熱交換器HX
２の全体的な配置とコイルのパターンとの好適な
実施例を示す。第１８図に関連して前述した自動
流出熱交換器HX２の配列の試験は、この装置
が、熱交換器HX２の塩析出と、それによつても
たらされる閉塞の問題とを防止する上で極めて効
果的であることを示している。

第２０図は、電気事業関係の負荷調整用のよう
な大型の市販設備用に設計された副蓄積装置の別
の実施例を示す。第２０図に示す蓄電池装置の作
動原理および構成技法は、基本的には、第１図に
蓄電池装置について示されたそれと同様である。
積み重ね体容器１４の直径に合わせるための蓄積
容器１２の直径と減少と共に、第２０図の蓄積容
器１２の直立の置き方によつて、市販の負荷調整
蓄電池プラントのような大規模な用途に用いられ
る複合蓄電池装置のかなりコンパクト化された積
み重ね体配列が得られる。かなり高い単位体積当
りの蓄電池装置密度が有利に得られる上記のコン
パクトな積み重ね体配列の一つを第２１図に示
す。エネルギ容量の増大に備えて、第２０図に示
す個々の蓄電池装置の各々は、1.83ｍ（72イン
チ）（第２図の蓄電池の積み重ね示すような）か
ら2.34ｍ（92インチ）に増大された積み重ね体容
器１４内に、その蓄電池の積み重ね体１８を有す
る。同様に、３組の熱交換器HX１，HX２，
HX３が、増大されたエネルギ容量に適応するた
めに、サイズを増大されている。

開示した本発明の好適な実施例が上述の目的を
満たすため十分計算されていることが理解される
とともに、本発明が、固有の範囲または添付クレ
イムの正当な意味から逸脱することなしに修正、
変形、および変更をなし得るものであることが理
解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は本発明による塩化亜鉛蓄電池装置の
実施例の側面図、第１Ｂ図は第１Ａ図に示す蓄
電池装置の正面図、第２図は第１Ａ図および第１
Ｂ図に示す蓄電池装置の略図、第３図は第１図お
よび第２図に示す蓄電池装置の副積み重ね体装置
と電解液副循環装置との切取り斜視図、第４図は
第２図および第３図に示す電解液副循環装置の略
図、第５図はエンド・キヤツプを取り外した第３
図に示す副積み重ね体装置と電解液副循環装置と
の正面図、第６図は電解液副循環装置の電解液分
配マニホルドの部分平面図、第７図は第６図に示
すマニホルドの線７−７についての部分断面図、
第８図は２種類の電解液循環機構に関連する寄生
電流値を比較したグラフ、第９図は第２図および
第３図に示す蓄電池積み重ね体の基本的構成ブロ
ツクを形成する電極組立て体の分解斜視図、第１
０図は塩化亜鉛蓄電池積み重ね体の「開」サブモ
ジユールの部分分解図、第１１図は第１０図に示
すサブモジユールに使用されるコーム組立て体の
斜視図、第１２図は第２図および第３図に示す塩
化亜鉛蓄電池積み重ね体の「閉」サブモジユール
の切取り斜視図、第１３図は第１２図に示すサブ
モジユールの部分平面図、第１４図は第１３図に
示すサブモジユールの線１４−１４についての断
面図、第１５図は第１３図に示すサブモジユール
の線１５−１５についての断面図、第１６図は第
１３図に示すサブモジユールの線１６−１６につ
いての水平断面図、第１７図は在来の分解熱交換
器を使用する副蓄積装置の切取り斜視図、第１８
図は塩化亜鉛蓄電池装置の自動流出分解熱交換器
の略図、第１９図は第１図および第２図に示す蓄
電池装置の副蓄積装置の切取り斜視図、第２０図
は本発明による塩化亜鉛蓄電池装置の別の実施
例、第２１図は第２０図に示す形式の複数の蓄電
池装置の高密度配列である。 １０……金属ハロゲン蓄電池装置、１６……蓄
積装置、２０２……陽極、１８……積み重ね体装
置、２０４……陽極、４０……溜まり、２０６…
…陰極、HX１……冷却熱交換器、６４０……入
口部分、HX２……分解熱交換器、６４４……出
口部分、Ｐ１……電解液ポンプ、６４６……中心
部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属ハロゲン蓄電池装置が、 金属とハロゲンを含有する水性電解液によつ
   て隔てられた陽極と陰極を有するとともに、ハロ
   ゲンガスが生成される少なくとも一つのセル、
   電解液を収集する溜まり、および該溜まりの上
   で包囲されたガス空間を含む、電気エネルギー生
   成用積み重ね体装置と、 前記セルからのハロゲンガスを水と反応させて
   ハロゲン水和物を生成させるための水和物生成装
   置と、 ハロゲン水和物を分解するための熱交換器を具
   備し、水成材料成分としてハロゲン水和物を蓄積
   するための蓄積装置と、 ポンプ、および前記積み重ね体装置と熱交
   換器との間に延在する電解液導管を具備し、積み
   重ね体装置からの電解液を熱交換器を通じて断続
   的に循環させるためのポンプ装置とを有してお
   り、 前記ポンプ装置が前記熱交換器を通じて電解液
   を循環させていない時に前記熱交換器から電解液
   を排出するために、前記熱交換器が、前記溜まり
   に集められた電解液よりも高位に置かれている金
   属ハロゲン蓄電池装置。 ２ 前記金属ハロゲン蓄電池装置が、塩化亜鉛蓄
   電池式金属ハロゲン蓄電池であり、前記電解液
   が、該電解液の導電性を増大させるための少なく
   とも１種類の塩によつて塩分を高くなされている
   特許請求の範囲第１項に記載の金属ハロゲン蓄電
   池装置。 ３ 前記ポンプ装置が、前記積み重ね体装置のガ
   ス空間に連通するとともに、ポンプの出口と熱交
   換器の入口との間の導管に設けられた通気孔を有
   しており、それによつて熱交換器内への気体の進
   入を許し、該気体が熱交換器から排出される電解
   液と置換され、もつて熱交換器の排液が改善され
   るようになされた特許請求の範囲第１項に記載の
   金属ハロゲン蓄電池装置。 ４ 前記熱交換器が管状構造物であり、入口部分
   と、出口部分と、電解液が熱交換器から排出され
   る時に、熱交換器の中央部分に電解液が全く残留
   しないように、入口部分から出口部分へ向かつて
   事実上連続的に下方へ傾斜するとともに、前記入
   口部分と出口部分の間に位置づけられた概ね螺旋
   状の中央部分とを有する特許請求の範囲第１項に
   記載の金属ハロゲン蓄電池装置。 ５ 電解液を循環させるためのポンプ装置と、 ハロゲン水和物を蓄積するための蓄積装置と、 電解液収集用の溜まりを備える、電気エネルギ
   ーを発生させるための積み重ね体装置と、金属と
   ハロゲンを含む水成電解液によつて隔てられた陽
   極および陰極を有する少なくとも１つのセルとを
   含む金属ハロゲン蓄電池装置において、 蓄積装置に蓄積されたハロゲン水和物に対し
   て、前記溜まり内の電解液に内在する熱を伝達す
   るための熱交換器を具備しており、電解液が熱交
   換器を通じて循環せしめられていない時に熱交換
   器内の電解液を該熱交換器から完全に排出させて
   前記溜まりに戻すために、該熱交換器が、前記溜
   まり内の電解液よりも高位に位置づけられている
   ことを特徴とする金属ハロゲン蓄電池装置。 ６ 前記熱交換器が、熱交換器入口と、積み重ね
   体装置よりも上位のガス空間とを連通する通気装
   置を具備しており、該通気装置は、熱交換器から
   の電解液の流出にともなつて、該電解液をガス空
   間から補充されるガスで置き換え、もつて熱交換
   器からの電解液の流出速度を増大させるためのも
   のである特許請求の範囲第５項に記載の金属ハロ
   ゲン蓄電池装置。 ７ 通気装置の液体体積容量が、熱交換器を通る
   電解液の流れに比して十分小さく、また 通気装置の気体体積容量が、熱交換器からの電
   解液の完全な流出を確保する上で十分な大きさを
   有しており、もつて、熱交換器内電解液の十分な
   る冷却による該電解液内の導電性改善塩の析出現
   象が防止される特許請求の範囲第６項に記載の金
   属ハロゲン蓄電池装置。 ８ 熱交換器内の塩の析出を最小限にして金属ハ
   ロゲン蓄電池装置内のハロゲン水和物を分解させ
   るために熱交換器を作動させる方法であつて、前
   記金属ハロゲン蓄電池装置が、ハロゲン水和物を
   分解するための前記熱交換器を包含するハロゲン
   水和物副蓄積装置と、電解液を収集する溜まり
   と、金属、ハロゲンおよび少なくとも１種類の導
   電性改善塩を含有する水成電解液によつて隔てら
   れた陽極と陰極とを備えた少なくとも１つのセル
   を包含する電気エネルギーを生成するための副積
   み重ね体装置とを備えている前記方法において、
   前記方法が、 電解液の溜まりよりも上位に熱交換器を位置付
   ける段階と、 ハロゲン水和物の分解を行う時に、前記溜まり
   から熱交換器を経て該溜まりに戻るように電解液
   を循環させる段階と、 熱交換器を通る電解液の循環が停止される時
   に、熱交換器から電解液を流出させる段階とを包
   含することを特徴とする金属ハロゲン蓄電池装置
   における熱交換器の閉塞防止方法。