JPS63175355A - ナトリウム−イオウ電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、充電、放電、休止の各モードで各電池温度の
経時的変化、および各時点での多数の電池の温度分布を
各々所定の温度範囲に維持することができる、ヒートパ
イプを備えたナトリウム−イオウ電池に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

電力貯蔵に用いられるナトリウム−イオウ型電池におい
ては、充電、放電、休止の各モードにより発熱量が変化
する。しかし正常な作動のためには、全モードを通じ、
経時変化、温度分布を各々所定の範囲内に維持する必要
がある。

従来は、ナトリウム−イオウ電池の温度維持と、多数の
単電池を均一な温度に保つため、単電池を収納する断熱
材壁の保温炉の内部で空気を循環し、発熱量が多いとき
には少量の外気を取り込んで冷却していた。

また特開昭５９−１４３２８１号公報に示されるように
、電池温度を一定範囲に保つために、触媒コンバータ２
６および冷却空気を送入して冷却フィン２４により冷却
する冷却部を設け、これらと電池とをヒートパイプを介
して接続した構造のものが提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来の空気循環方式はつぎのような
問題点を有している。

（１）　　空気流への対流伝熱量はそれ程大きくないの
で、競合する他の伝熱形態（輻射など）の影響を受けて
、温度が不均一になる。温度を均一にするためには、多
量の空気を循環しなければならず、多大の動力を必要と
する。

（２）空気流を保温炉内の各個所で不均一にするのが難
しく、温度偏差が出やすい。

（３）　　ファン、ダクトなどの付帯設備により、装置
の占有空間が太き（なる。

（４）付帯設備に伴い、炉壁の断熱が難しく、熱ロスが
増えやすい。

（５）回転機器を必要とするので、設備費、保守・点検
費が割高となる。

（６）　　空気流の理論的予測が難しいため、スケール
アップが困難である。

（７）電力節減のため、休止時にはファンを止めるのが
望ましいが、ファン停止時の温度分布を予測するのが難
しい。

また特開昭５９−１４３２８１号公報記載の構造におい
ては、小型の電池では、熱収支は通常、放熱過剰気味と
なるので、触媒コンバータという熱源により温度維持す
るのが妥当であるが、１０１−〜５０に賀級の大型の電
池では、放熱不足気味とできるので、電池自身の発熱お
よび保有熱を利用して、温度を一定範囲に保つのがエネ
ルギ上、存利となる。また大型電池では、炉内の温度分
布を一定範囲に保つため、炉内を均温化する何らかの機
構が必要である。

本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、保温炉内の
熱をヒートパイプを介して保温炉外に設けた放熱部に導
くことにより、一定の温度範囲に維持するようにした大
型のナトリウム−イオウ電池の提供を目的とするもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のナトリウム−イオウ電池は、図面を参照して説
明すれば、ナトリウム−イオウ単電池１を収納する保温
炉２に、温度を一定範囲に保つためのヒートバイブ４．
８を配置し、該ヒートバイブと保温炉の外部に設けた放
熱部５とを熱的に接続したことを特徴としている。

〔作　　用　〕

単電池１で発生した熱は、ヒートバイブ４．８を介して
放熱部５に導かれ放熱され、保温炉２内の温度は一定範
囲内に保たれる。このとき、電池が不均一に発熱しても
、ヒートパイプ４により、電池温度は均一に保たれる。

また、単に断熱材を設けただけの保温炉では、外周部の
電池のみの温度が下り気味となるが、本発明ではヒート
バイブ４により、内部の電池から熱が運ばれて、電池温
度は均一に保たれる。

〔実　施　例〕

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説
明する。ただしこの実施例に記載されている構成機器の
材質、形状、その相対配置などは、とくに特定的な記載
がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではなく、単なる説明例にすぎない。

実施例１ 本例のナトリウム−イオウ電池は、第１図および第２図
に示すように、ナトリウム−イオウ単電池１を収納する
保温炉２の各面の炉壁を、炉内の支配的な熱流束が一方
向に偏在するように、不均等な断熱仕様の断熱材３で形
成し、熱流束の偏在する方向に多数のヒートパイプ４．
８を配置し、該ヒートパイプ４．８と保温炉２の外部に
設けた放熱部５とを熱的に接続したものである。

保温炉２は、前後（第１図における左右方向）、上下、
左右各面を断熱材３で構成する。この場合、断熱材の熱
伝導率／厚味（ｋ／ｄ）の値を、前後面で大きく、上下
面で小さくとっている。たとえば前後のに／ｄを（上下
のに／ｄ）　Ｘ　４．３程度とする。左右方向（第１図
における上下方向）には、隣接する他の炉６があるので
、熱流束は無視できるほど小さい。

第４図は、本例における！サイクル中の電池温度の変化
の模式図である０条件としては、電池の発熱量Ｑｉ＝６
９００ｋｃａｌ／Ｈ１炉表面からの放熱量Ｑｓ−１４０
０ｋｃａｌ／Ｈ，排熱量Ｑｅ　＝　２８００ｋｃａｌ／
Ｈである。

第４図に示すような運転のモードにより、炉内で発生す
る過剰熱を排出する場合もあるため、本例では、輻射受
熱板７を炉内の前後面に設ける。

この輻射受熱板７は複数のヒートパイプ８で炉外の排熱
フィンなどの放熱部５と接続する。各ヒートバイブ８は
異なる排熱フィンに接続され、また各々の接続ラインの
中間に弁１０を持つものとする。　（この弁のＯＮ、Ｏ
ＦＦにより、存効な排熱フィンの総面積を段階的に変え
て、排熱量を調節するものとする）。

またナトリウム−イオウ単電池１の側面に接するように
、前後方向に内部均熱板１１およびヒートパイプ４を配
する。内部均熱板１１は単電池１からの輻射を受熱する
面積を増大させるためのものであり、ヒートパイプ４と
は溶接されている。

またサブモジュールケース１２の前端部（または後端部
）で、各ヒートパイプ４は外部均熱板１３に溶接されて
いる。外部均熱板１３と端部の単電池１との間には断熱
材１４を配している。なお１５は配線である。

つぎに上記のように構成されたナトリウム−イオウ電池
の動作について説明する。

過剰熱を排熱するモードでは、輻射受熱板７が前・後面
にあるため、熱流は主に水平・前後方向に向かう、他の
モードでも、前・後面のに／ｄが大きいため、放熱は主
に前・後面より生じ、やはり熱流は、水平・前後方向に
向かう、この方向にヒートパイプが配されているため、
この方向の温度差は小さい（試算ではヒートパイプの両
端の温度差は１℃以内）。

各単電池１と内部均熱板１１０間の熱伝達は輻射により
行われるため、両者の温度差は若干大きい（試算では最
大の熱流束に対し６℃程度）、シかし、それは全ての単
電池に均等に生じるため、単電池間の温度差は小さい、
端部の単電池は外部均熱板７に近いため、少し他より温
度が下がるが、２〜３℃の低下と予想される゛。

上下方向には、単電池自身の熱伝導、および内・外部均
熱板の熱伝導により伝熱しなければならないが、炉の上
下面からの放熱量は小さいので、炉内面の温度を維持す
るための熱量も少量でよく、この熱流により生じる温度
差は小さい（試算では単電池の上下端の温度差は３℃程
度）。

本例におけるナトリウム−イオウ電池は、上記以外につ
ぎのような、特徴、利点を有している。

（１）　　ヒートパイプを単電池の側面に添わせている
ので、電池の上・下面に添わせるより伝熱面積が増える
。

（２）　　ヒートパイプと単電池との間の伝熱面積を増
やすため、内部均熱板を設けている。

（３）　　ヒートパイプと単電池との間の輻射伝導を良
くするため、塗料により輻射率を上昇させるのが好まし
い。

（４）前・後端の単電池が他の単電池より低温にならな
いように、この単電池と外部均熱板との間に断熱材を設
けている。

（５）　　ヒートパイプをサブモジュールケースごとに
まとめているので、サブモジュールケースのハンドリン
グが容易である。

（６）　　炉本体とサブモジュールケースとの間は、輻
射で伝熱しており、機械的な接続はないので、炉天井（
蓋）の開閉、サブモジエールケースのハンドリングが容
易である。

実施例２ 本例は、第３図に示すように、外部均熱板１３に鉛など
の蓄熱物’Ｊｊ１６を封入した箱１７を取り付けたもの
である。炉壁の断熱材のに／ｄ値は、実施例１の約１．
５倍（同材質で厚味は６０％）程度とする。

排熱機構は実施例１と１１位の機構とするが、熱負荷（
ヒートパイプの伝熱量、排熱フィンの総面積）は、実施
例１の１０％程度とする。またヒートパイプは１本だけ
とする。排熱量調整はＯＮ、　ＯＦＦのみで、多段階の
切替は行わない。

本例による１サイクル中の電池の温度変化を第５図に示
す０条件としては、電池の発熱量Ｑｉ−６９００ｋｃａ
１／Ｈ，炉表面からの放熱量Ｑｓ−２３００ｋｃａｌ／
Ｈ。

排熱量Ｑｅ＝　Ｏｋｃａｌ／Ｈｓ蓄熱材の容量１５００
０ｋｃａｌである。また比較を容易にするため従来法の
場合を第６図に示す、この従来法の条件は、電池の発熱
量（ｌｉ　＝６９００ｋｃａｌ／Ｌ炉表面からの放熱量
Ｑｓ　−１４００ｋｃａｌ／ｆ［、排熱量Ｑａ＝２８０
０ｋｃａｌ／Ｈ１である。

第５図および第６図かられかるように、蓄熱物質の働き
により、炉表面からの放熱が多いにもかかわらず、１サ
イクル中の温度変化幅は、従来法および実施例１と同程
度に保たれる。また排熱量−０なので、排熱機構は、制
御用の小容量のものでよい、他の構成、作用は実施例１
と同様である。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように構成されているので、つぎのよう
な効果を有している。

（１）　　単電池間の温度差を小さく抑えることができ
る。

（２）　　可動部がないので、メンテナンスが容易であ
る。

（３）　　蓄熱物質を用いる場合は、単電池と蓄熱物質
との間の熱移動が容易になるので、より効果的となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のナトリウム−イオウ電池の一例を示す
平断面説明図、第２図は第１図におけるＡ−Ａ線断面説
明図、第３図は本発明の他の例（実施例２）における外
部均熱板まわりを示す断面図、第４図は実施例１におけ
る１サイクル中の電池温度の変化を示す模式図、第５図
は実施例２における１サイクル中の電池温度の変化を示
す模式図、第６図は従来法における１サイクル中の電池
温度の変化を示す模式図である。 １・・・ナトリウム−イオウ単電池、２・・・保温炉、
３・・・断熱材、４．８・・・ヒートパイプ、５・・・
放熱部、６・・・他の炉、７・・・輻射受熱板、１０・
・・弁、１１・・・内部均熱板、１２・・・サブモジュ
ールケース、１３・・・外部均熱板、１４・・・断熱材
、１５・・・配線、１６・・・蓄熱物質、１７・・・箱

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　ナトリウム−イオウ単電池を収納する保温炉に、温
   度を一定範囲に保つためのヒートパイプを配置し、該ヒ
   ートパイプと保温炉の外部に設けた放熱部とを熱的に接
   続したことを特徴とするナトリウム−イオウ電池。