CN1398440A - 防止压力变动罐结构、电解液循环型蓄电池及氧化还原流动型蓄电池 - Google Patents

防止压力变动罐结构、电解液循环型蓄电池及氧化还原流动型蓄电池 Download PDF

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Abstract

一种简单的防止压力变动罐结构，它能够不让储藏液体与空气接触，防止由于温度变动所引起的气相部的压力变动。此防止压力变动结构具有配置于罐(1)的气相部(2)、与外部气体连通且可膨胀、收缩的呼吸袋(3)和包含与外部气体连通的连通孔(22)并使呼吸袋以垂吊于气相部的方式安装的工作孔(21)，呼吸袋(3)具有空气遮断性、耐酸性及伸缩自如性。

Description

防止压力变动罐结构、电解液循环型 蓄电池及氧化还原流动型蓄电池
技术领域
本发明是关于能够使储藏酸性液体的罐中的内压维持一定的防止压力变动罐结构、具备此防止压力变动罐结构的电解液循环型蓄电池及氧化还原流动型蓄电池。
背景技术
当利用罐储藏液体时，罐中的气相压力是随着储藏液的液温或电池槽等反应部的反应等而变动的。在象聚乙烯罐等那样对罐的内外压力差有着严格限制的情况下，对于正压力来说，由于设置有排气阀等，即使是密闭结构的罐也是不会发生问题的。还有，在因储藏液的液温降低等原因，可能使罐内的压力为负压力的情况下，或与外部空气连通，或设置吸气阀，把外部的空气引入罐内是避免产生负压的一般作法。
但是，在罐中的储藏液非常容易氧化的情况等，不能与外部空气接触的场合下，为了不使其产生负压，有必要吹入氮气等惰性气体。因此，就要经常预备防止发生负压用的惰性气体，这就有成本上升的问题。
为了防止这样的问题发生，充填惰性气体形成密闭结构，不仅能防止负压发生还能避开储藏液因空气氧化等而变质的问题。但是，在储藏液是氧化还原流动型蓄电池的电解液等的情况下，由于充电时的吸热，放电时的发热，还有外部空气温度的变化等，运行时最高温度会上升到42℃，停止时最低会下降到10℃。因此，就发生10℃～42℃的温度变动，密闭结构的场合，由此就伴随有压力变动的发生。用ΔP表示压力P的变动，用ΔT表示温度T(绝对温度)的变动，则由于是密闭结构所以体积的变化ΔV为零，因此(ΔP/P)＝(ΔT/T)成立。把上述的数值代入，则(ΔP/P)＝{32/(273+42)}≈ 0.1，上述温度变动，在常压下运行的场合，能造成0.1个气压程度的变动。例如，为了使氧化还原流动型蓄电池的电解液罐能承受0.1个气压程度的变动，就要求有相当结实的结构，电池系统的整体价格就要上升。用旋转成形制作的成本低廉的聚乙烯罐的耐压性能，正压变动仅有0.01个气压，负压变动的场合只有0.005个气压程度的耐压性能。在上述的氧化还原流动型蓄电池的电解液罐的场合，由于有布局条件或发电成本的制约，不能采用能承受上述压力变动的结实的结构的罐。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单的防止压力变动罐结构、电解液流通型蓄电池及氧化还原流动型蓄电池，此防止压力变动罐结构能够使其储藏液体不与空气接触，防止气相部的温度变动引起压力变动。
本发明的防止压力变动罐结构，是储藏循环使用的电解液的罐的防止压力变动罐结构。该防止压力变动罐结构包括：呼吸袋，配置在罐的气相部，与外部空气连通而膨胀、收缩；呼吸袋安装部位具有用于呼吸袋与外部空气连通的连通孔，并把呼吸袋安装在罐上。所述呼吸袋具备空气遮断性、耐酸性及伸缩自如性。
在上述罐中，由于电解液是循环使用的，罐中的电解液的量大体上是一定的。上述罐中的压力变动，主要是温度变化引起的。由于有如上述的结构，在温度下降气相部将要发生负压时，呼吸袋从上述的连通孔吸入外部空气，呼吸袋就膨胀，气相部的体积实质上减少，而防止了负压的发生。而在温度上升正压将要增大时，呼吸袋从上述的连通孔向外部排出空气，呼吸袋收缩，气相部的体积实质上增大，而防止正压上升。这时，由于呼吸袋有空气遮断性，呼吸袋中进出的外部气体，实际上不与容易氧化的液体接触。在氧化还原流动型蓄电池的电解液的场合，当空气的透过率超过90cc/(m2·24h·atm)时，电解液硫酸中2价的钒离子被空气中的氧气氧化成为3价的钒离子，会对正常的运转造成障碍。因此，上述的空气遮断性最好其空气透过率为90cc/(m2·24h·atm)以下。还有，由于具有耐酸性，故即使与酸性液体接触也不会被该酸性溶液腐蚀。上述呼吸袋还具有伸缩自如性，故能够随着小的温度变动膨胀伸缩，能够防止由于该小的温度变动引起的压力变动。
上述本发明的防止压力变动罐结构中，最好罐实质上由有机树脂构成。
例如，氧化还原流动型蓄电池，设置在电力需要量大的工厂等，夜间，利用便宜的过剩电力充电，提供给白天用电高峰时放电使用。因此，作为电解液罐，如果能充分保证安全性的话，与带有耐酸衬套等的钢铁罐相比使用聚乙烯罐或氯乙烯等有机树脂的罐，不论是从施工上，地基的强度对策还是从降低系统自身的成本上来看，都是理想的。特别是由于聚乙烯罐的价格便宜，施工也容易，故对于上述的用途来说是理想的。但是，有机树脂制罐的一个缺点是，对于压力变动特别是对于负压的承受能力弱。本发明的防止压力变动罐结构中，由于不需要大规模的改造就能简便地防止压力变动，应用于有机树脂制的罐特别有效果。这个结果，例如，可降低氧化还原流动型蓄电池的系统整体的价格，还可促进其普及。
上述本发明的防止压力变动罐结构中，呼吸袋是由金属膜和位于该金属膜外侧的薄膜状树脂构成的。
金属膜有很好的空气遮断性，但耐酸性能差。因此，通过在金属膜的外侧配置薄膜状树脂，能够兼备有空气遮断性和耐酸性。还有，金属膜即要足够薄以不妨害其伸缩性，还不失去空气遮断性，而薄膜状树脂的薄的程度也要在确保伸缩性的同时，不失去耐酸性。金属膜最好夹在薄膜状树脂的中间，形成3层结构。这3层结构的各层之间可以分离，也可以在薄膜状树脂上蒸镀金属膜而使它们结合在一起。比起各层结合在一起而增加厚度来说，最好各层分开，这样能够使其刚性减少，对于确保伸缩自如性是有效的。但是，只要能确保伸缩自如性，即可以在金属膜上涂敷树脂，也可以用粘接剂把薄膜状树脂粘在金属膜上。金属膜通常使用的是铝箔等。通过用该复合膜形成呼吸袋，就能形成具有优良的空气遮断性、耐酸性及伸缩性的呼吸袋。
上述本发明的防止压力变动罐结构中，呼吸袋备有凸缘部，凸缘部与呼吸袋安装部连接。
由于有这样的结构，能够使呼吸袋紧凑，并且施工容易，施工的工期缩短，从而可以使系统的成本降低。
上述本发明防止压力变动罐结构中，呼吸袋安装部设置在配置于罐的顶壁的工作孔处，连通孔由设置在工作孔处的孔所构成。
由于工作孔与构成罐的其它部分是分离开的，故包含有连通孔的呼吸袋安装部可以容易地设置。呼吸袋基本上是由呼吸袋安装部来支承的，由于呼吸袋轻，故可利用工作孔部分支承吊挂呼吸袋。
上述本发明的防止压力变动罐结构中，为了仅使气相部的气体从罐的内部向外部的方向通过，而且不使在罐外部的外部气体向气相部方向通过，设置了隔壁，并备有排气阀。
由于有上述排气阀，当正压增大到超过容许限度时，气相部的气体向外部排出，就能够抑制正压的上升。此气体排出时，不会让外部气体侵入气相部使其与电解液接触，故不会对例如氧化还原流动型蓄电池的运行造成障碍。因此，即使是呼吸袋完全收缩而不能抑制正压的上升时，通过使排气阀动作，也能够抑制气相部的压力上升。这种情况下呼吸袋能有效地防止负压发生。
最好使呼吸袋在收缩状态下安装，当压力上升到更大的场合，使上述的排气阀动作，而在负压发生时呼吸袋动作，起到分担工作的作用。此时，由于呼吸袋的体积变化只是防止负压发生，即使相同的呼吸袋的体积变化，也能对应更大的温度下降ΔT。
本发明的电解液循环型蓄电池，是在具有上述本发明的某种防止压力变动罐结构的罐内，储藏充放电反应用的电解液。
通过采用上述呼吸袋来防止随着上述电解液或大气温度变动所产生的压力变动，可以使电解液循环型蓄电池罐的结构简易，即能达到小型化、降低材料及施工的成本、实现轻量化等。
本发明氧化还原流动型蓄电池，是在具有上述本发明的某种防止压力变动罐结构的罐内，储藏进行氧化还原流动型充放电反应的电解液。
利用上述结构，可以把含有上述罐的氧化还原流动型蓄电池设置在所使用的工厂中，作为低成本系统进行普及。设置场所由于是在已建的结构物中建造上述的罐等，空间的大小、地基的强度、施工成本等方面限制，建造带有能承受压力变动并附有耐酸衬套等的钢铁罐等往往很困难。在这种情况下，通过采用装备带有上述防止压力变动罐结构的罐的氧化还原流动型蓄电池，可以灵活对应已建的建造物的情况，设置上述氧化还原流动型蓄电池系统。
本发明的、上述的、及上述以外的目的、特征、局面及效果，通过参照附图后述的本发明的详细说明可更加清楚。
附图说明
图1是在本发明实施例1中使用防止压力变动罐结构的氧化还原流动型蓄电池的概要视图；
图2是显示图1的呼吸袋的图；
图3是图2的呼吸袋的A部放大图。
图4是表示在实施例1中罐内压力高的场合呼吸袋的状态图；
图5是表示在实施例1中罐内压力低的场合呼吸袋的状态图；
图6是表示在实施例1中另外安装于罐上的排气阀的结构图；
图7是表示本发明实施例2的防止压力变动罐结构视图。
具体实施方式
下面，利用附图说明本发明的实施例。
(实施例1)
首先，说明将本发明的防止压力变动罐结构应用于氧化还原流动型蓄电池的实施例1。在图1中，在氧化还原流动型蓄电池的电池槽7的正极槽7a循环流通正极液4a，在负极槽7b循环流通负极液4b。正极液4a及负极液4b的循环流通分别使用了正极液泵6a及负极液泵6b。本发明的防止压力变动罐结构，正极液及负极液没有区别，不管哪一个电极液罐都可使用，故在以后的说明中，不区别正极液及负极液，说明包含两者的电极液。电极液罐不论是正极液罐还是负极液罐均为聚乙烯罐。还有，正极液是含有4价和5价的钒离子的硫酸，负极液是含有2价和3价的钒离子的硫酸。
在电解液罐中，在其气相部2，呼吸袋3吊在顶壁8下。呼吸袋3如图2及图2的A部放大图图3所示，是由铝箔11和薄膜状树脂12的复合材料构成。铝箔和薄膜状树脂可以用蒸镀的方法使它们结合，但是由于厚度加厚的话，刚性增加，伸缩性降低，所以也可以只把呼吸袋口的部分粘接、分离。伸缩自如性也就是对压力的应答性，要达到如下的性能要求。例如，氧化还原流动型蓄电池从放电状态到充电结束，由于有吸热反应电解液的液温要下降3℃。例如，在15m3的气相部安装1.5m3的呼吸袋的场合，1个小时充满电的情况下，需要按照1分钟是0.0025(2.5升)的比率使呼吸袋膨胀。因此，最好其伸缩自如性能够有0.0015m3/(m3·min)以上的体积变化。
铝箔有良好的空气遮断性，薄膜状树脂有良好的耐酸性。当空气透过率超过90cc/(m2·24h·atm)时，电解液中的2价钒离子就被氧氧化，成为3价的钒离子，而对正常运转带来障碍。因此，上述的空气遮断性最好其空气透过率在90cc/(m2·24h·atm)以下。呼吸袋口的部分的铝薄和薄膜状树脂是束在一起的，为了与顶壁的连通孔连通，设置了能焊接的凸缘部13。
下面，说明呼吸袋的功能。在罐内压力即气相部的压力增大时，如图4所示，呼吸袋就收缩。因此，罐内压增大的时候，气相部的体积因呼吸袋容积而减小的部分变少。因此，罐内压力的增大，随着上述气相部体积实质的增大被抵销，内压增大被防止。另一方面，罐内压减少时，如图5所示，呼吸袋就膨胀，气相部的体积随着呼吸袋容积的膨胀有很大地减小。因此，内压减少由于有气相部体积的减少而被抵销，从而防止了内压的减少。
在设定压力为P，压力变动为ΔP，气相部体积为V，气相部体积变动为ΔV，温度为T，温度变动为ΔT，气相部的气体摩尔数为n，气体常数为R时，等式PV＝nRT成立。设定不存在气体的出入，对此式进行取对数微分，则(ΔP/P)+(ΔV/V)＝(ΔT/T)成立。然后，求发生温度变动时不产生压力变动ΔP的体积变动。上述的式子中当ΔP＝0时，则(ΔV/V)＝(ΔT/T)成立。上述的氧化还原流动型蓄电池的电解液的场合，运转时的最高温度为42℃，不使用时的最低温度为10℃，温度变化为32℃，故能算出T＝273+42＝315(k)，ΔT＝32(k)，(ΔV/V)＝(ΔT/T)≈ 0.1。即在气相部的体积V为15m3的电解液罐的场合，要安装能够进行1.5m3程度体积变化ΔV的呼吸袋。
如上述，在本发明的防止压力变动罐结构中，呼吸袋实际上在气相部的温度下降时膨胀，温度上升时收缩，形成一恒压力，以防止随着气相部温度的变化而使罐内气相部的压力变动。就是说，即使是不能与空气接触密封结构的罐，也由于对应温度的变动，而由呼吸袋对气相部的体积进行调整，故不会发生压力变动。为此，所以不必要对上述密闭罐设置压力变动对策，特别是设置负压对策。其结果，通过采用简单的聚乙烯罐等就能形成电解液流通型蓄电池，特别是氧化还原流动型蓄电池，所以装置整体的价格便宜，能够实现例如氧化还原流动型蓄电池的普及。
还有，上述防止压力变动罐结构，可以设置如图6所示只向外排出气体的排气阀。此排气阀30连接在与罐1连通的配管部31上，并且在配管部的整个断面上配置有拒水性多孔质膜33，此拒水性多孔质膜33是阻止其上方所储藏的水34通过，只是让罐的气相部的气体向其上方的水34通过。还有，上述水34的表面配置有不挥发性的石蜡层35以覆盖整个水面，此不挥发性的石蜡层，因为其本身是不挥发的，所以水也不会挥发而不用维护。
由于配备有上述的排气阀30，即使罐中的正压上升到呼吸袋的收缩也不能应付的情况下，通过把罐中的气体向外放出，可以防止压力变动。虽然上述的排气阀30对于抑制正压上升的情况是有效的，但是对防止负压的发生是无效的。不过可以通过呼吸袋有效的动作防止负压的发生。因此，最好以收缩的状态安装呼吸袋，当压力上升过大时，上述的排气阀动作，而负压发生时让呼吸袋动作而分担任务。在这种情况下，由于呼吸袋的体积变化只是防止负压发生，即使是相同的呼吸袋的体积变化，也能对应更大的温度下降ΔT。
(实施例2)
图7是本发明的实施例2的防止压力变动罐结构图。在一个聚乙烯罐1中安装有两个呼吸袋3。在上述的工作孔21上设有带有阀23的通气孔22，呼吸袋的凸缘部13用焊接的方法安装于工作孔21，通过通气孔22与外部气体连通。
如实施例1所示，在气相部体积为15m3的场合，在温度变化ΔT＝32℃程度时，体积变化ΔV需要10％左右，即1.5m3左右。在用如图3所示的3层的复合材料构成体积1m3程度的呼吸袋时，重量是5kgf以下。该重量是足可以安装在工作孔21的重量。如图7所示的，通过设置两个呼吸袋，能够确保气相部的体积10％程度的体积变化。对应温度变化的大小，此呼吸袋的个数可随意增减。还有，如图6所示，设置排气阀，使呼吸袋只为防止负压发生而动作也是自由的。在这种场合，相同呼吸袋的体积增大，能够对应更大的温度变化以防止负压发生。
在上述中，说明了本发明的实施例，但上述公开的本发明的实施例，仅仅是示例，本发明的范围不限定于这些发明的实施例。本发明的范围由权利要求书说明，并且包含与权利要求书范围所述同等的意思及范围内的所有的变更。

Claims (10)

1、一种防止压力变动罐结构，罐(1)储藏循环使用的电解液(4a，4b)，其特征在于：包括配置在所述罐的气相部、与外部气体连通的可膨胀收缩的呼吸袋(3)，和具有用于使所述呼吸袋与外部气体连通的连通孔(18)、并将所述呼吸袋安装在所述罐上的呼吸袋安装部(21)；所述呼吸袋具有空气遮断性、耐酸性及伸缩自如性。
2、根据权利要求1所述的防止压力变动罐结构，其特征在于：所述罐(1)实质上由有机树脂构成。
3、根据权利要求1所述的防止压力变动罐结构，其特征在于：所述呼吸袋由金属膜(11)和位于该金属膜外侧的薄膜状树脂(12)构成。
4、根据权利要求1所述的防止压力变动罐结构，其特征在于：所述呼吸袋配备有凸缘部(13)，所述凸缘部与所述呼吸袋安装部(21)接合。
5、根据权利要求1所述的防止压力变动罐结构，其特征在于：所述呼吸袋安装部设置在配置于所述罐的顶壁的工作孔(21)处，所述连通孔(18)由设于所述工作孔处的孔构成。
6、根据权利要求2所述的防止压力变动罐结构，其特征在于：所述呼吸袋安装部设置在配置于所述罐的顶壁的工作孔(21)处，所述连通孔(18)由设于所述工作孔处的孔构成。
7、根据权利要求4所述的防止压力变动罐结构，其特征在于：所述呼吸袋安装部设置在配置于所述罐的顶壁的工作孔(21)处，所述连通孔(18)由设于所述工作孔处的孔构成。
8、根据权利要求1所述的防止压力变动罐结构，其特征在于：还备有排气阀(30)，所述排气阀(30)配置有设置隔壁(33)，所述隔壁(33)仅使所述气相部的气体从罐的内部向外部通过，而使存在于所述罐外部的外部气体不能向所述气相部通过。
9、一种电解液循环型蓄电池，其特征在于：在具有权利要求1所述的防止压力变动罐结构的罐中，储藏用于充放电反应的电解液。
10、一种氧化还原流动型蓄电池，其特征在于：在具有权利要求1所述的防止压力变动罐结构的罐中，储藏进行充放电反应的电解液。
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