DE212015000116U1 - Rahmenkörper, Zellenrahmen für eine Redox-Flussbatterie und Redox-Flussbatterie - Google Patents

Abstract

Rahmenkörper, der für eine Zelle einer Redox-Flussbatterie verwendet werden kann, umfassend: eine Öffnung, die in dem Rahmenkörper ausgebildet ist; einen Durchgang, durch welchen ein Elektrolyt im Kreis läuft; und einen Schlitz, der mit der Öffnung und dem Durchgang verbunden ist, wobei der Schlitz einen Kanal für das Elektrolyt zwischen der Öffnung und dem Durchgang ausbildet, wobei der Schlitz ein Paar Seitenwände aufweist, die gegenüberliegend in einem Querschnitt orthogonal zu einer Richtung angeordnet sind, in welcher das Elektrolyt im Kreis läuft, der Schlitz in einem Abschnitt entlang einer Tiefenrichtung des Schlitzes einen Breitenverengungsabschnitt aufweist, an welchem sich ein Abschnitt zwischen den Seitenwänden entlang der Tiefenrichtung des Schlitzes verengt.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rahmenkörper, der in einer Zelle einer Redox-Flussbatterie verwendet werden kann, einen Zellenrahmen für eine Redox-Flussbatterie und eine Redox-Flussbatterie. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Rahmenkörper einer Zelle für eine Redox-Flussbatterie, der die Wärmeabfuhr eines Elektrolyts in einem Schlitz verbessern kann, der in dem Rahmenkörper bereitgestellt ist, und ein Erhöhen der Temperatur des Elektrolyts unterdrücken kann.
• STAND DER TECHNIK
• Als eine Speicherbatterie mit großer Kapazität ist eine Redox-Flussbatterie (im Folgenden auch als eine "RF-Batterie" bezeichnet) bekannt (siehe Patentdokumente 1 und 2). Genannte Anwendungen der Redox-Flussbatterie sind ein Abfangen von Lastspitzen sowie eine Abfallkompensation und eine Reserveleistungsquelle und das Glätten einer Leistung aus erneuerbarer Energie wie Solarenergie, Windenergie und dergleichen deren massive Einführung vorangetrieben wird.
• Eine RF-Batterie ist eine Batterie, die ein Laden und Entladen unter Verwendung einer positiven Elektrode für ein Elektrolyt und einer negativen Elektrode für ein Elektrolyt, wobei ein Elektrolytmetallionen (ein aktives Material) beinhaltet, das eine Valenz aufweist, die durch Oxidationsreduktion variiert. 10 zeigt ein Prinzip einer Funktionsweise einer Vanadium basierten RF-Batterie 300, die eine positive Elektrode für ein Elektrolyt und eine negative Elektrode für Elektrolyt verwendet, wobei ein Vanadiumelektrolyt ein V-Ion beinhaltet, das als ein aktives Material dient. In 10 ist ein Pfeil mit durchgezogener Linie und ein Pfeil mit gestrichelter Linie in einer Batteriezelle 100 gezeigt, der eine Ladereaktion entsprechend andeutet.
• RF-Batterie 300 beinhaltet eine Zelle 100, die in eine Zelle 102 mit positiver Elektrode und eine Zelle 103 mit negativer Elektrode durch einen Ionentauscherfilm 101 getrennt ist, durch den Wasserstoffionen eindringen können. Die Zelle 1 mit positiver Elektrode weist eine positive Elektrode 104 darin aufgenommen auf und ein Tank 106, der für das Elektrolyt für die positive Elektrode bereitgestellt ist und das Elektrolyt für die positive Elektrode speichert, ist mit Durchgängen 8, 110 mit der Zelle 102 mit der positiven Elektrode verbunden. Die Zelle 103 mit negativer Elektrode weist eine negative Elektrode 105 darin aufgenommen auf und ein Tank 107, der für das Elektrolyt für die negative Elektrode bereitgestellt ist und das Elektrolyt für die negative Elektrode speichert, ist via Durchgänge 109, 111 mit einer Zelle 103 mit negativer Elektrode verbunden. Durch Pumpen 112, 113 wird das Elektrolyt, das in jedem Tank 106, 107 gespeichert ist, im Kreis gepumpt und folglich durch die Zellen 100 geführt (Zelle 102 mit positiver Elektrode und Zelle 103 mit negativer Elektrode) um ein Laden und Entladen durchzuführen.
• In RF-Batterie 300 ist normalerweise eine Konfiguration angewendet, die einen Zellenstapel beinhaltet, der mehrere Zellen 100 in Schichten gestapelt aufweist. 11 ist ein schematisches Diagramm einer Konfiguration eines Zellenstapels. Ein Zellenstapel 10S, der in 11 dargestellt ist, ist ausgebildet, sodass es aus einem Zellenrahmen 20 gebildet ist, der einen Rotationskörper 22 in der Form eines rechteckigen Rahmens und einer bipolaren Platte 21, die in dem Rahmenkörper 22 bereitgestellt ist, eine positive Elektrode 104, eine Ionentauschermembran 101 und eine negative Elektrode 105 beinhaltet, die jeweils in mehreren Schichten gestapelt sind und dieser Stapel liegt zwischen zwei Endplatten 250, die diesen einklemmen. Rahmenkörper 22 weist eine Öffnung darin auf und ein Zellrahmen 20 ist so ausgestaltet, dass eine bipolare Platte 21 in die Öffnung des Rahmenkörpers 22 eingepasst ist. Zellrahmen 20 weist eine Vertiefung (eine Kammer) 24, die im Inneren des Rahmenkörpers 22 durch eine innere umfängliche Oberfläche des Rahmenkörpers 22 und einer Oberfläche der bipolaren Platte 21 ausgebildet ist, und eine positive Elektrode, die an einer Oberflächenseite der bipolaren Platte 21 angeordnet ist, und eine negative Elektrode 105, die an der anderen Oberflächenseite der bipolaren Platte 21 angeordnet ist, auf. In Kammer 24, die in dem Rahmenkörper 22 ausgebildet ist, sind Elektroden (positive Elektrode 104 oder negative Elektrode 105) aufgenommen und ein innerer Raum von Kammer 24, der durch die bipolare Platte 21, den Rahmenkörper 22, und Ionentauschermembran 101 umgeben ist, bildet eine Zelle (Zelle mit positiver Elektrode oder Zelle mit negativer Elektrode). In dem obigen Zellenstapel 10S, wie in 11 gezeigt, wird eine einzelne Zelle (eine Einheitszelle 100) durch Anordnen eines Paars einer positiven und negativen Elektrode 104, 105 zwischen benachbarten Zellrahmen 20 mit einer Ionentauschermembran 101 zwischen den Elektroden eingeschoben ausgebildet.
• Im Zellenstapel 10S wird ein Elektrolyt durch einen Durchgang 200, der in einem Rahmenkörper 22 ausgebildet ist und diesen durchdringt und einem Schlitz 210, der an einer Oberfläche des Rahmenkörpers 22 ausgebildet ist und eine Verbindung zusätzlich dem Durchgang 200 und der Kammer 24 ausbildet geführt. Im Zellenstapel 10S, der in 11 dargestellt ist, wird das Elektrolyt für die positive Elektrode von einem Flüssigkeitszufuhrdurchgang 201 durch einen Zufuhrschlitz 211 für Flüssigkeit zugeführt, der in einer Seitenfläche (die der vorderen Seite der Zeichnungsebene entspricht) des Rahmenkörpers 22 zu der Kammer 24 ausgebildet, die eine positive Elektrode 104 darin aufgenommen aufweist, ausgebildet ist, läuft durch Kammer 24 und wird durch einen Flüssigkeitsauslassschlitz 213 zu einem Flüssigkeitsauslassdurchgang 203 ausgelassen. Ähnlich wird das Elektrolyt für die negative Elektrode von einem Flüssigkeitszufuhrdurchgang 200 via den Flüssigkeitszufuhrschlitz 212 zugeführt, der in der anderen Seitenfläche (entsprechend der Rückseite der Zeichnungsebene) des Rahmenkörpers 22 zu der Kammer ausgebildet ist, welche die negative Elektrode 105 darin aufgenommen aufweist, und wird durch einen Flüssigkeitsauslassschlitz 214 zu einem Flüssigkeitsauslassdurchgang 204 ausgelassen. Zwischen Zellenrahmen 20 ist, um eine Leckage des Elektrolyts zu unterdrücken, ein geschlossener Dichtring wie ein O-Ring oder eine flache Dichtung entlang eines äußeren Umfangs des Rahmenkörpers 22 angeordnet.
• DOKUMENTENLISTE
• PATENTDOKUMENTE
• PTD1: Japanische Offenlegungsschrift 2013-080613
• PTD2: Japanische Offenlegungsschritt 2002-246061
• DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
• TECHNISCHES PROBLEM
• In der RF-Batterie, wenn der Schlitz mit einem Elektrolyt in einem geladenen Zustand gefüllt ist, fließt ein Nebenstrom via dem Elektrolyt in dem Schlitz und ein Verlust durch den Nebenstrom (ein Nebenstromverlust) wird verursacht. Dieser Nebenstrom kann dazu führen, dass das Elektrolyt Wärme generiert und eine erhöhte Temperatur aufweist. Zum Beispiel, wenn die RF-Batterie bereitsteht, verbleibt das Elektrolyt in dem Schlitz und entsprechend kann die Temperatur des Elektrolyts in dem Schlitz sich einfacher erhöhen als während einer Betätigung, wenn das Elektrolyt fließt. Wenn die Temperatur des Elektrolyts erhöht ist, kann eine Ausfällung in dem Elektrolyt hergestellt werden und es existiert die Möglichkeit, dass die Batterieleistung reduziert wird, wie zum Beispiel durch das Abbauen des Elektrolyts. Darüber hinaus, wenn die Temperatur des Elektrolyts erhöht ist, kann die Wärme den Rahmenkörper aufweichen und deformieren und folglich den Rahmenkörper (oder den Zellrahmen) beschädigen. Entsprechend existiert, um das Erhöhen der Temperatur des Elektrolyts in dem Schlitz zu unterdrücken, ein Bedarf zum Erhöhen der Wärmeabfuhr des Elektrolyts.
• Ein Rahmenkörper, der für eine Zelle einer RF-Batterie konventionell verwendet wird, weist im Allgemeinen einen Schlitz auf, der im Wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Bisher wurde der Querschnitt des Schlitzes in Anbetracht der Wärmeabfuhr des Elektrolyts in dem Schlitz nicht ausreichend beachtet.
• Die vorliegende Erfindung wurde unter Beachtung der obigen Umstände gemacht und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rahmenkörper einer Zelle für eine Redox-Flussbatterie bereitzustellen, der die Wärmeableitung eines Elektrolyts in einem Schlitz verbessern kann und die Temperaturerhöhung des Elektrolyts unterdrücken kann.
• LÖSUNG DES PROBLEMS
• Ein Rahmenkörper entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Rahmenkörper, der für eine Zelle einer Redox-Flussbatterie verwendet wird, umfassend: eine Öffnung, die in dem Rahmenkörper ausgebildet ist; einen Durchgang, durch welchen ein Elektrolyt im Kreis fließt; und einen Schlitz, der zwischen der Öffnung und dem Durchgang verbunden ist, wobei der Schlitz einen Kanal für das Elektrolyt zwischen der Öffnung und dem Durchgang ausbildet. Der Schlitz weist ein Paar Seitenwände auf, die gegenüberliegend in einem Querschnitt orthogonal zu einer Richtung, in welcher sich das Elektrolyt im Kreis fließt, angeordnet ist, und der Schlitz weist in einem Abschnitt entlang einer Tiefenrichtung des Schlitzes einen verengenden Abschnitt der Breite auf, an welchem ein Raum zwischen dem Seitenband sich entlang der Tiefenrichtung des Schlitzes verengt.
• Ein Zellrahmen für eine Redox-Flussbatterie entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Rahmenkörper entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben und eine bipolare Platte, die in die Öffnung des Rahmenkörpers eingepasst ist, wobei der Rahmenkörper und die bipolare Platte, eine Kammer in dem Rahmenkörper ausbilden.
• Eine Redox-Flussbatterie entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst einen Zellenrahmen für eine Redox-Flussbatterie entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben.
• VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
• Der obige Rahmenkörper kann die Wärmeabfuhr eines Elektrolyts in einem Schlitz verbessern und das Erhöhen der Temperatur des Elektrolyts unterdrücken. Der obige Zellrahmen für eine Redox-Flussbatterie und die Redox-Flussbatterie können die Wärmeableitung eines Elektrolyts in einem Schlitz, der in einem Rahmenkörper bereitgestellt ist, der eine Zelle ausbildet, verbessern und ein Erhöhen der Temperatur des Elektrolyts unterdrücken.
• KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
• 1 ist eine schematische Aufsicht eines Rahmenkörpers entsprechend einer ersten Ausführungsform.
• 2 ist eine schematische Vorderansicht eines Zellenrahmens, die dem Rahmenkörper entsprechend der ersten Ausführungsform beinhaltet.
• 3 sät ein schematischer Querschnitt, der eine Querschnittsform eines Schlitzes in dem Rahmenkörper entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt.
• 4 ist ein schematischer Querschnitt, der eine Querschnittsform eines Schlitzes in einem Rahmenkörper entsprechend einer zweiten Ausführungsform zeigt.
• 5 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Querschnittsform eines Schlitzes in einem Rahmenkörper entsprechend einer dritten Ausführungsform zeigt.
• 6 ist ein schematischer Querschnitt, der eine Querschnittsform eines Schlitzes in einem Rahmenkörper entsprechend einer vierten Ausführungsform zeigt.
• 7 ist ein schematischer Querschnitt, der eine Querschnittsform eines Schlitzes in einem Rahmenkörper entsprechend einer fünften Ausführungsform zeigt.
• 8a ist ein schematischer Querschnitt, der eine Querschnittsform eines Schlitzes in einer beispielhaften Variation zeigt.
• 8b ist eine schematische Schnittansicht, die eine Querschnittsform eines Schlitzes in einer anderen beispielhaften Variation zeigt.
• 8c ist ein schematischer Querschnitt, der eine Querschnittsform eines Schlitzes in einer weiteren beispielhaften Variation zeigt.
• 9 ist ein schematischer Querschnitt, der eine Querschnittsform eines Schlitzes in einer weiteren beispielhaften Variation zeigt.
• 10 zeigt eine Arbeitsweise einer Redox-Flussbatterie.
• 11 ist ein schematisches Diagramm einer Konfiguration eines Zellenstapels.
• BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
• [Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
• Um ein Ausfallen einer Elektrolytkomponente in einem Schlitz zu unterdrücken, der in einem Rahmenkörper bereitgestellt ist, haben die vorliegenden Erfinder eine Querschnittsform eines Schlitzes untersucht, welche die Wärmeleitung eines Elektrolyts in dem Schlitz verbessern kann, um eine Erhöhung der Temperatur des Elektrolyts zu unterdrücken. "Eine Querschnittsform eins Schlitzes" bedeutet eine Form eines Querschnitts orthogonal zu einer Richtung, in welcher ein Elektrolyt fließt, und wird dargestellt, sodass ein Abschnitt als eine geschlossene Region, die durch eine Wandoberfläche umgeben ist und einen Öffnungsabschnitt, der den Schlitz bildet. In der folgenden Beschreibung bedeutet "ein Querschnitt eines Schlitzes" außer es ist anders beschrieben, ein Querschnitt senkrecht zu einer Richtung in welcher ein Elektrolyt fließt.
• Wenn ein Nebenstrom das Generieren von Wärme verursacht und die Temperatur des Elektrolyts in dem Schlitz erhöht ist, wird die Wärme des Elektrolyts von der Wandoberfläche des Schlitzes abgeführt, welche das Elektrolyt kontaktiert und folglich gekühlt. Entsprechend verringert in dem Schlitz ein Abschnitt in Kontakt mit der Wandoberfläche des Schlitzes die Temperatur des Elektrolyts durch Wärmeleitung und ein Unterschied der Temperatur verursacht einen Konvektionsstrom des Elektrolyts. Wenn dieser Konvektionsstrom unterstützt werden kann, wird davon ausgegangen, dass der Wärmetransfer von dem Elektrolyt zu der Wandoberfläche des Schlitzes unterstützt wird und die effiziente Wärmeabfuhr des Elektrolyts ist verbessert. Entsprechend haben die vorliegenden Erfinder verschiedene Typen von Querschnitts formen eines Schlitzes untersucht, die einen Konvektionsstrom eines Schlitzes unterstützen können.
• Eine Querschnittsform eines konventionellen Schlitzes ist konventionell im Wesentlichen ein Quadrat wie oben beschrieben und weist eine Form auf, die eine untere Wand parallel zu einer Oberfläche des Rahmenkörpers aufweist und ein Paar Seitenwände, die sich von der Oberfläche des Rahmenkörpers zu der unteren Wand in einer vertikalen Richtung erstrecken und parallel zueinander zugewandt sind. Das heißt, dass der konventionelle Schlitze Seitenwände aufweiset, die voneinander im Wesentlichen gleichmäßig über die gesamte Tiefenrichtung des Schlitzes beabstandet sind und die Seitenwand und die untere Wand bilden einen rechten Winkel (90 Grad). Die "Tiefenrichtung des Schlitzes" bedeutet wie in einem Querschnitt senkrecht zu einer Richtung betrachtet, in welcher ein Elektrolyt fließt, eine Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Rahmenkörpers von dem Öffnungsabschnitt des Schlitzes zu dem Boden davon (das heißt in der Dickenrichtung des Rahmenkörpers).
• Um einen Konvektionsstrom eines Elektrolyts zu unterstützen haben die vorliegenden Erfinder darüber nachgedacht einen Schlitze bereitzustellen, der eine Querschnittsform aufweist, der einen Abschnitt mit geringerer Breite aufweist, was verursacht, dass die Seitenwände einen sich verjüngenden Abstand in der Tiefenrichtung aufweisen. Dieser Schlitz weist in dem Abschnitt sich verengender Breite mindestens eine der Seitenwände geneigt relativ zu der Tiefenrichtung auf und es wird davon ausgegangen, dass, wenn ein Konvektionsstrom in dem Elektrolyt in dem Schlitz verursacht wird, ein Konvektionsstrom des Elektrolyts, der sich entlang der Seitenwand bewegt, unterstützt wird. Entsprechend unterstützt der Schlitz, der einen solchen Querschnitt aufweist den Konventionsstroms des Elektrolyts im Vergleich mit einem konventionellen Schlitz, der Seitenwände aufweist, die parallel zueinander und auch parallel zu der Tiefenrichtung sind und es wird davon ausgegangen, dass dies die Wärmeabfuhr des Elektrolyts unterstützen kann und folglich ein Erhöhen der Temperatur des Elektrolyts unterdrücken kann.
• Die vorliegenden Erfinder haben die vorliegende Erfindung basierend auf der obigen Idee vervollständigt. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nummeriert und beschrieben.
• (1) Ein Rahmenkörper entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Rahmenkörper, der für eine Zelle einer Redox-Flussbatterie verwendet wird, umfassend: eine Öffnung, die in dem Rahmenkörper ausgebildet ist; einen Durchgang, durch welchen ein Elektrolyt im Kreis fließt; und einen Schlitz, der zwischen der Öffnung und dem Durchgang verbunden ist, wobei der Schlitz einen Kanal für das Elektrolyt zwischen der Öffnung und dem Durchgang ausbildet. Der Schlitz weist ein Paar Seitenwände auf, die gegenüberliegend in einem Querschnitt orthogonal zu einer Richtung, in welcher das Elektrolyt im Kreis fließt angeordnet sind, in einem Abschnitt entlang einer Tiefenrichtung des Schlitzes einen Breitenverengungsabschnitt auf, an dem ein Abstand zwischen den Seitenwände sich entlang der Tiefenrichtung des Schlitzes verjüngt.
• Entsprechend dem obigen Rahmenkörper weist der Schlitz, wie in einem Querschnitt gesehen, an mindestens einem Abschnitt davon in seiner Tiefenrichtung einen Breitenverengungsabschnitt auf, der verursacht, dass die Seitenwände einen verengten Abstand in der Tiefenrichtung aufweisen und ein Konvektionsstrom des Elektrolyts wird unterstützt. Insbesondere in dem Breitenverengungsabschnitt ist mindestens eine der Seitenwände relativ zu der Tiefenrichtung geneigt und ein Konvektionsstrom des Elektrolyts, der sich entlang der geneigten Oberfläche der Seitenwand bewegt, kann unterstützt werden. Als ein Ergebnis ist ein Wärmeleitungseffekt des Elektrolyts durch einen Konvektionsstrom unterstützt. Folglich kann die Wärmeabfuhr des Elektrolyts in dem Schlitz besser sein und eine Erhöhung der Temperatur des Elektrolyts kann weiter unterdrückt werden und folglich kann ein Ausfallen einer Elektrolytkomponente stärker als vorher unterdrückt werden. darüber hinaus kann ein Aufweichen und Deformieren des Rahmenkörpers durch den Effekt der Wärme des Elektrolyts unterdrückt werden.
• Der "Breitenverengungsabschnitt" ist ein Abschnitt, an dem die Seitenwände einen Abstand aufweisen, die sich kontinuierlich verändern, sodass sie sich schrittweise in der Tiefenrichtung des Schlitzes (von der Seite des Öffnungsabschnitts zu der unteren Seite) verengt. In dem Breitenverjüngungsabschnitt reicht mindestens eine der Seitenwände, die relativ zu der Tiefenrichtung geneigt ist aus und eine Seitenwand kann relativ zu der Tiefenrichtung geneigt sein und die andere Seitenwand kann entlang der Tiefenrichtung oder beide Seitenwände können relativ zu der Tiefenrichtung geneigt sein. "Entlang der Tiefenrichtung" bedeutet im Wesentlichen parallel zu der Tiefenrichtung (mit anderen Worten senkrecht zu der Oberfläche der Rahmenkörpers von der Seite des Öffnungsabschnitts zu der unteren Seite). Darüber hinaus ist es lediglich nötig den Breitenverjüngungsabschnitt an mindestens einem Abschnitt des Schlitzes in der Tiefenrichtung des Schlitzes bereitzustellen und der Breitenverengungsabschnitt kann an einem Abschnitt in der Tiefenrichtung ausgebildet sein und die anderen Abschnitte können die Seitenwände im Wesentlichen gleich beabstandet aufweisen. Zum Beispiel kann ein Abschnitt existieren, der Seitenwände aufweist, die im Wesentlichen gleichmäßig in einem Bereich von dem Öffnungsabschnitt zu einem Zwischenabschnitt in der Tiefenrichtung beabstandet sind und folglich die gleiche Breite wie der Öffnungsabschnitt aufweisen. Nur ein einzelner Breitenverengungsabschnitt kann bereitgestellt sein oder mehrere Breitenverengungsabschnitte können bereitgestellt sein. Vorzugsweise ist der Breitenverengungsabschnitt über das gesamte der Tiefenrichtung ausgebildet.
• (2) Als ein Aspekt des obigen Rahmenkörpers weist der obige Schlitz eine Wand auf und die untere Wand weist eine flache Oberfläche parallel zu der Oberfläche des obigen Rahmenkörpers auf.
• Entsprechend dem obigen Aspekt kann der Schlitz, da die untere Wand eine flache Oberfläche parallel zu der Oberfläche des Rahmenkörpers aufweist, einen Umfang aufweisen, der länger als ein konventioneller Schlitz ist, der eine quadratische Querschnittsform aufweist, der die gleiche Querschnittsfläche wie der erfindungsgemäße Schlitz aufweist. Wenn der Schlitz einen längeren Umfang aufweist, kann der Schlitz das Elektrolyt über eine entsprechend vergrößerte Fläche kontaktieren und die Wärmeleitung zu der Wandoberfläche des Schlitzes von dem Elektrolyt nimmt entsprechend zu und ein Wärmeabfuhreffekt des Elektrolyts durch Wärmeleitung nimmt zu. Dies kann ferner die Wärmeabfuhr des Elektrolyts in dem Schlitz verbessern und das Erhöhen der Temperatur des Elektrolyts weiter unterdrücken. Ein "Umfang des Schlitzes" bedeutet der Umfang in einem Querschnitt orthogonal zu einer Richtung, in welcher das Elektrolyt fließt, und wird als ein gesamtes eines Umfangs einer Wandoberfläche, die den Schlitz ausgestaltet (eine Gesamtlänge der Seitenwände und der unteren Wand) und einer Breite des Öffnungsabschnitts in dem Querschnitt dargestellt.
• (3) Als ein Aspekt des Rahmenkörpers, der in den obigem Element (2) beschrieben ist, bilden mindestens eine der obigen Seitenwände und die obige Bodenwand einen Winkel von 91 Grad oder mehr und 120 Grad oder weniger aus.
• Wenn eine Seitenwand und eine untere Wand einen rechten Winkel (90 Grad) ausbilden als einen konventionellen Schlitz, der einen quadratischen Querschnitt aufweist, tritt ein Konvektionsstrom entlang einer Ecke, die durch die Seitenwand und die untere Wand ausgebildet ist, nur schwierig auf und es ist schwierig eine Wärmeabfuhr des Elektrolyts durch den Konvektionsstrom in der Nähe der Kante zu unterstützen. Wenn die Seitenwand und die untere Wand einen Winkel von 91 Grad oder mehr ausbilden tritt eine Konvektion des Elektrolyts einfach in den Ecken der Seitenwand und der unteren Wand entlang einer geneigten Oberfläche der Seitenwand auf und eine Wärmeabfuhr des Elektrolyts in der Nähe der Ecke wird folglich unterstützt. Wenn die Seitenwand und die untere Wand einen Winkel von 120 Grad oder weniger ausbilden weist der Schlitz für eine fixierte Querschnittsfläche des Schlitzes einen ausreichend großen Umfang auf und ein Erhöhen des Druckverlustes wenn das Elektrolyt durchläuft, kann unterdrückt werden. Je größer die Querschnittsfläche des Schlitzes ist oder je größer der Umfang des Schlitzes ist, desto kleiner ist der Druckverlust für eine gegebene Querschnittsfläche, ein kürzerer Umfang ermöglicht einen geringeren Druckverlust. Wenn die Seitenwand und die unteren Wand einen Winkel von 120 Grad oder weniger bilden, ist die Tiefe des Schlitzes nicht zu flach und der Schlitz kann einfach ausgebildet werden. Der Schlitz ist zum Beispiel gleichzeitig mit dem Ausbilden des Rahmenkörpers durch Spritzgießen ausgebildet oder durch Ausschneiden ausgebildet. Darüber hinaus, wenn die Seitenwand und die untere Wand einen Winkel von 120 Grad oder weniger ausbilden, weist der Schlitz einen Öffnungsabschnitt mit einer breite auf, die nicht zu groß ist und der Rahmenkörper kann in seiner Breite reduziert und folglich verkleinert werden. Vorzugsweise bilden die untere Wand und die Seitenwand einen Winkel und zum Beispiel 95 Grad und 120 Grad oder weniger.
• (4) Als ein Aspekt des Rahmenkörpers, der in Element (2) oder (3) beschrieben ist weisen mindestens eine der obigen Seitenwände und der obigen unteren Wand eine Ecke auf, die eine gekrümmte Oberfläche aufweist.
• Wenn die Seitenwände und die untere Wand eine Ecke ausbilden, die eine gekrümmte Oberfläche aufweist wird das Elektrolyt einfach entlang der Ecke durch Konvektion fließen und Wärmeabfuhr des Elektrolyts in der Nähe der Ecke wird folglich unterstützt. Zum Beispiel weist die Ecke einen Radius der Krümmung von 0,1 mm oder mehr und 10 mm oder weniger und darüber hinaus 0,2 mm oder mehr und 5 mm oder weniger auf.
• (5) Als ein Aspekt des obigen Rahmenkörpers in dem obigen Breitenverengungsabschnitt weist mindestens eine der Seitenwände eine geneigte Oberfläche auf, die sich relativ zu der Tiefenrichtung neigt und die obige geneigt Oberfläche ist eine flache Oberfläche.
• Da der Breitenverengungsabschnitt eine Seitenwand, die eine flache geneigte Oberfläche aufweist, aufweist, kann der Schlitz einfach mit Präzision ausgebildet werden, wenn dieser durch Schneiden oder dergleichen ausgebildet wird.
• (6) Als ein Aspekt des obigen Rahmenkörpers weist in dem obigen Breitenverengungsabschnitt mindestens eine der Seitenwände eine geneigte Oberfläche auf, die relativ zu der Tiefenrichtung geneigt ist und die obige geneigte Oberfläche ist eine gekrümmte Oberfläche.
• Da der Breitenverengungsabschnitt eine Seitenwand aufweist, die eine gekrümmte geneigte Oberfläche aufweist, wird ein Konvektionsstrom des Elektrolyts, das sich entlang der geneigten Oberfläche bewegt, einfacher unterstützt und eine Wärmeabfuhreffizienz des Elektrolyts wird weiter durch den Konvektionsstrom verbessert.
• (7) Als ein Aspekt des obigen Rahmenkörpers weist der obige Schlitz eine untere Wand auf und die untere Wand weist eine gekrümmte Oberfläche auf, die in der Tiefenrichtung des Schlitzes hervorsteht. Entsprechend dem obigen Aspekt weist die untere Wand eine gekrümmte Oberfläche auf, die in der Tiefenrichtung des Schlitzes hervorsteht und Elektrolyt ist folglich einfach einer Konvektion entlang der gekrümmten Oberfläche der unteren Wand ausgesetzt und eine Wärmeabfuhr des Elektrolyts in der Nähe der unteren Wand wird folglich unterstützt.
• (8) Als ein Aspekt des Rahmenkörpers, der in Element (7) beschrieben ist, ist eine gesamte Oberfläche der obigen Seitenwände und der obigen unteren Wand in einer gekrümmten Oberfläche ausgebildet.
• Da eine gesamte Oberfläche der Seitenwände und der unteren Wand in einer gekrümmten Oberfläche ausgebildet ist, das heißt der Schlitz weist eine Wandoberfläche auf, die insgesamt in einer gekrümmten Oberfläche ausgebildet ist, wird das Elektrolyt einfach entlang der Wandoberfläche des Schlitzes einer Konvektion ausgesetzt (die Seitenwände und die untere Wand) und die Wärmeabfuhreffizienz des Elektrolyts wird durch den Konvektionsstrom weiter verbessert.
• (9) Als ein Aspekt des obigen Rahmenkörpers ist ein Abstand zwischen den obigen Seitenwänden an einer Position in der obigen Tiefenrichtung des Schlitzes äquivalent oder weniger als ein Abstand zwischen den Seitenwänden näher an der Seite des Öffnungsabschnitts als die Position.
• Entsprechend dem obigen Aspekt weisen die Seitenwände einen Abstand auf, der gleich oder kleiner als eine Breite des Öffnungsabschnitts über das gesamte der Tiefenrichtung des Schlitzes ist und auch am breitesten an dem Öffnungsabschnitt und am engsten an dem Boden ist. Da die Seitenwände einen verengten Abschnitt von dem Öffnungsabschnitt zu dem Boden aufweisen und kein Abschnitt an einem Zwischenabschnitt in der Tiefenrichtung erweitert ist, ist ein Ausbilden des Schlitzes vereinfacht. Zum Beispiel ist ein Abstand zwischen Seitenwänden in einer Position einer Hälfte der Tiefe des Schlitzes von dem Boden enger als der Öffnungsabschnitt oder ein Abstand zwischen den Seitenwänden an einem Abschnitt näher an der unteren Seite als eine Position an einem Viertel der Tiefe des Schlitzes von dem Boden, der schrittweise verjüngt ist.
• (10) Ein Zellenrahmen für eine Redox-Flussbatterie entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: den Rahmenkörper nach einem der Elemente (1) bis (9); und eine bipolare Platte, die in die Öffnung des Rahmenkörpers eingepasst ist, wobei der Rahmenkörper und die bipolare Platte eine Kammer in dem Rahmenkörper ausbilden.
• Entsprechend dem obigen Zellenrahmen, da der obige Rahmenkörper entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ist, kann in einem Rahmenkörper, der eine Zelle einer Redox-Flussbatterie bildet, eine Wärmeabfuhr eines Elektrolyts in einem Schlitz verbessert werden und eine Erhöhung der Temperatur des Elektrolyts kann unterdrückt werden. Folglich kann ein Ausfallen einer Elektrolytkomponente unterdrückt werden und ein Aufweichen und Verformen des Rahmenkörpers durch den Effekt der Wärme des Elektrolyts kann unterdrückt werden.
• (11) Eine Redox-Flussbatterie entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst einen Zellenrahmen für eine Redox-Flussbatterie nach Element (10).
• Entsprechend der obigen Redox-Flussbatterie, da der obige Zellenrahmen entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung in einem Rahmenkörper, der eine Zelle bildet, enthalten ist, kann eine Wärmeabfuhr eines Elektrolyts in einem Schlitz verbessert werden und eine Erhöhung der Temperatur des Elektrolyts kann unterdrückt werden. Folglich kann ein Ausfallen einer Elektrolytkomponente unterdrückt werden und ein Aufweichen und Verformen des Rahmenkörpers durch die Wärme des Elektrolyts kann unterdrückt werden.
• [Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
• Ein spezielles Beispiel eines Rahmenkörpers und eines Zellenrahmens für eine Redox-Flussbatterie entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Bezug zu den Figuren beschrieben. In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder entsprechende Komponenten. Beachte, dass die vorliegenden Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist und dazu gedacht ist, Modifikationen in dem Bereich und der Bedeutung zu beinhalten, der durch und äquivalente und Begriffe der Ansprüche dargestellt ist.
• [Erste Ausführungsform]
• <Rahmenkörper>
• Mit Bezug zu 1 bis 3 ist ein Rahmenkörper und eine Zellenrahmen entsprechend einer ersten Ausführungsform beschrieben. 1 stellt einen Rahmenkörper 22 dar, der in der Form eines rechteckigen Rahmens ist, der ein Paar lange Stücke 22L, die übereinander und ein paar kurzer Stücke 22S, die Enden der langen Stücke 22L verbinden, aufweist und eine Öffnung 22o ist in den Rahmenkörper ausgebildet. Eine bipolare Platte 21, die später beschrieben wird, ist in die Öffnung 22o eingepasst. Rahmenkörper 22 ist zum Beispiel aus eine Vinylchloridkunststoff, Polypropylen, Polyethylen, Fluorokunststoff, Epoxidkunststoff oder anderen ähnlichen Kunststoffen oder Gummis oder dergleichen ausgebildet.
• Rahmenkörper 22 beinhaltet einen Durchgang 200 (Durchgänge 201 bis 204), die von der vorderen Seite und hinteren Seite des Rahmenkörpers durchdringen und durch die ein Elektrolyt fließt, und einen Schlitz 210 (Schlitze 211 bis 214), die an einer Oberfläche des Rahmenkörpers ausgebildet sind in einen Kanal zwischen Durchgang 200 und Öffnung 22o des Elektrolyts ausbildet. Durchgang 200 und Schlitz 210 können zum Beispiel gleichzeitig mit dem Ausbilden des Rahmenkörpers 22 durch Spritzgießen ausgebildet werden.
• (Durchgang und Schlitz)
• Durchgänge 201, 202 sind in dem Rahmenkörper 22 an einem langen Stück 22L (in 1 ein unteres langes Stück) ausgebildet und Durchgänge 203, 204 sind in dem Rahmenkörper 22 an dem anderen langen Stück 22L (in 1 oberes langes Stück) ausgebildet. Schlitze 211, 213, sind an dem Rahmenkörper 22 an einer Oberflächenseite ausgebildet und Schlitze 211, 214 sind an dem Rahmenkörper 22 an der anderen Oberflächenseite ausgebildet. Schlitze 211 bis 214 haben ihre jeweiligen einen mit den Durchgängen 201 bis 204 jeweils verbunden und die anderen Enden sind mit Öffnungen 22o verbunden und Schlitze 211 bis 214 verbinden Durchgänge 201 bis 204 jeweils und Öffnung 22o, die in dem Rahmenkörper 22 ausgebildet ist.
• <Zellenrahmen>
• Mit Bezug zu 2 wird ein Zellenrahmen, der den Rahmenkörper entsprechend der ersten Ausführungsform, wie in 1 gezeigt, beinhaltet, beschrieben. Ein Zellenrahmen 20, der in 2 dargestellt ist, beinhaltet einen Rahmenkörper 22 und eine bipolare Platte 21, die in die Öffnung 22o (siehe 1) des Rahmenkörpers 22 eingesetzt ist. Zellenrahmen 20 weist einen Rahmenkörper 22 auf, der dazu ausgestaltet ist, einen umfänglichen Kantenabschnitt der bipolaren Platte 21 von der vorderen und hinteren Seite des Rahmenkörpers 22 dazwischen aufzunehmen, ist mit einem äußeren Umfang der bipolaren Platte 21 durch Spritzgießen oder dergleichen integriert. Durch Einpassen der bipolaren Platte 21 in die Öffnung 22o des Rahmenkörpers 22 ist eine Vertiefung (eine Kammer 24) durch den Rahmenkörper 22 und die bipolare Platte 21 ausgebildet. Insbesondere weist der Zellrahmen 20 eine Kammer 24 auf, die in dem Rahmenkörper 22 durch eine innere umfängliche Oberfläche des Rahmenkörpers 22 und einer Oberfläche der bipolaren Platte 21 ausgebildet ist, um eine Elektrode aufzunehmen (nicht dargestellt). In 2 ist nur eine Kammer 24 an einer Oberflächenseite (die vordere Seite des Blatts der Figur) des Zellenrahmens 20 gezeigt, jedoch ist eine Kammer auch an der anderen Seite (die Rückseite des Blatts der Figur) des Zellenrahmens 20 ausgebildet. Eine positive Elektrode ist in der Kammer an einer Oberflächenseite des Zellenrahmens 20 aufgenommen und eine negative Elektrode ist in der Kammer an der anderen Oberflächenseite des Zellenrahmens 20 aufgenommen und die positive Elektrode ist an einer Oberflächenseite der bipolaren Platte 21 angeordnet und die negative Elektrode ist an der anderen Seite der bipolaren Platte 21 angeordnet (siehe 11). Die bipolare Platte 21 kann einen kohlefaserverstärkten Kunststoff ausgebildet sein.
• Für den Zellenrahmen 20 (Rahmenkörper 22), der in 2 dargestellt ist, sind Durchgänge 201 und 203 Flüssigkeitszufuhrdurchgänge und ein Flüssigkeitsablassdurchgang für einen Elektrolyt der positiven Elektrode und Schlitze 211 und 213 sind ein Flüssigkeitszufuhrschlitz und ein Flüssigkeitsablassschlitz für das Elektrolyt der positiven Elektrode. Durchgänge 202 und 204 sind ein Flüssigkeitszufuhrdurchgang und ein Flüssigkeitsablassdurchgang für ein Elektrolyt der negativen Elektrode und Schlitze 211 und 214 sind ein Flüssigkeitszufuhrschlitz und ein Flüssigkeitsablassschlitz für das Elektrolyt der negativen Elektrode. Flüssigkeitszufuhrschlitze 211, 212, die sich von dem Flüssigkeitszufuhrdurchgang 201, 202 erstrecken, sind mit einem unteren Kantenabschnitt der Kammer 24 (Öffnung 22o (siehe 1)) verbunden und Flüssigkeitsablassschlitze 213, 214, die sich von dem Flüssigkeitsablassdurchgang 203, 204 erstrecken, sind mit einem oberen Kantenabschnitt der Kammer 24 (Öffnung 22o) verbunden. Das heißt, dass das Elektrolyt in die Kammer 24 von einer unteren Seite von Kammer 24 eingeführt wird und dass Elektrolyt von einer oberen Seite von Kammer 24 abgelassen wird. Ein Flussanpassungsabschnitt (nicht dargestellt) ist an dem unteren und oberen Kantenabschnitt von Kammer 24 da entlang ausgebildet. Der Flussanpassungsabschnitt weist eine Funktion auf, die das Elektrolyt, das von den Flüssigkeitszufuhrschlitzen 211, 212 eingeführt wird, entlang dem unteren Kantenabschnitt von Kammer 24 diffundiert und sammelt das Elektrolyt, das von dem oberen Kantenabschnitt 24 abgelassen wird zu dem Flüssigkeitsablassschlitzen 213, 214. Durch diesen Flussanpassungsabschnitt läuft das Elektrolyt von dem unteren Kantenabschnitt von Kammer 24 durch das Innere von Kammer 24 zu dem oberen Kantenabschnitt von Kammer 24.
• Das positive und negative Elektrolyt kann ein bekanntes Elektrolyt sein. Zum Beispiel kann das positive und negative Elektrolyt ein V-basiertes Elektrolyt sein, das V-Ionen als ein aktives Material für die positive Elektrode und die negative Elektrode enthält, eine Kombination eines Fe/Cr basierten Elektrolyts, das Fe-Ionen als ein aktives Material für positive Elektroden und Cr-Ionen als ein aktives Material der negativen Elektroden enthält, ein Ti-Mn-basiertes Elektrolyt, das Mn-Ionen als aktives Material für positive Elektroden und Ti-Ionen als aktives Material für die negative Elektrode enthält und dergleichen verwendet werden.
• (Schutzplatte)
• An dem Zellenrahmen 20 an einem Abschnitt des Rahmenkörpers 22, an dem die Schlitze 211 bis 214 ausgebildet sind, kann eine Schutzplatte 40, die aus einem Plastik hergestellt ist und eine Ionentauschermembran schützt (siehe 11) angeordnet sein. Die Schutzplatte 40 ist an einer Oberfläche eines langen Stücks 22L des Rahmenkörpers 22 angeordnet, um jeden Schlitz 211 bis 214 abzudecken und jede Schutzplatte 40 weist ein Durchgangsloch eine Kerbe auf, die an einer Position ausgebildet ist, welche jeden Durchgang 201 bis 204 entspricht. In dem Fall der Schutzplatte 40, die in 2 dargestellt ist, ist in der Schutzplatte 40, die an einer Oberflächenseite des Rahmenkörpers 22 angeordnet ist, an welchem Schlitze 211, 213 für eine Elektrolyt für die positive Elektrode ausgebildet sind, ein kreisförmiges Durchgangsloch für Durchgänge 201, 203 für das Elektrolyt der positiven Elektrode ausgebildet, wohingegen eine rechteckige Kerbe für die Durchgänge 202, 204 für das Elektrolyt der negativen Elektrode ausgebildet ist. Im Gegensatz zu der Schutzplatte 40, die an der anderen Oberflächenseite des Rahmenkörpers 22 angeordnet ist, in welcher Schlitze 212, 214 für das Elektrolyt der negativen Elektrode ausgebildet sind, ist eine rechteckige Kerbe für Durchgänge 201, 203 für das Elektrolyt der positiven Elektrode ausgebildet, wohingegen kreisförmige Durchgangslöcher für Durchgänge 202, 204 für das Elektrolyt der negativen Elektrode ausgebildet sind. Durch die Schutzplatte 40, wenn eine Zelle einer Redox-Flussbatterie (siehe 11) ausgestaltet ist den Zellenrahmen 20 zu verwenden, kommt keiner der Schlitze 211 bis 214 in Kontakt mit der Ionentauschermembran und die Ionentauschermembran kann vor einem Schaden durch eine Unregelmäßigkeit des Schlitzes geschützt werden. In 2 ist nur Schutzplatte 40, welche Schlitze 211, 213 abdeckt, die an einer Oberflächenseite des Rahmenkörpers 22 ausgebildet sind, gezeigt, jedoch ist auch eine Schutzplatte an der anderen Oberflächenseite des Rahmenkörpers 22 angeordnet, um Schlitze 212, 214 abzudecken.
• (Querschnittsform des Schlitzes)
• 3 zeigt eine Querschnittsform des Schlitzes 210 an dem Rahmenkörper (oder Zellenrahmen) entsprechend der ersten Ausführungsform. Schlitz 210 weist ein Paar Seitenwände 31 auf, die einander in einem Werkstück orthogonal zu einer Richtung in welcher das Elektrolyt fließt, zugewandt sind und Schlitz 210 weist zumindest an einem Abschnitt davon in der Tiefenrichtung einen Breitenverengungsabschnitt 310 auf, der ermöglicht, dass die Seitenwände 31 einen verengten Raum in der Tiefenrichtung aufweisen. Im Folgenden wird die Querschnittsform des Schlitzes 210 der ersten Ausführungsform genauer beschrieben.
• Der Schlitz 210 der ersten Ausführungsform weist eine untere Wand 32 auf, welche das Paar Seitenwände 31 an ihren unteren Enden (oder der unteren Seite) verbindet. Die untere Wand 32 weist eine flache Oberfläche parallel zu einer Oberfläche des Rahmenkörpers 22 auf. Das Paar Seitenwände 31 ist relativ zu der Tiefenrichtung geneigt und weist einen Abstand auf, der graduell in der Tiefenrichtung (von einem Öffnungsabschnitt 33 zu der unteren Wand 32) verjüngt ist. Jede Seitenwand 31 weist eine gesamte Oberfläche geneigt von einem Öffnungsabschnitt 33 zu der unteren Wand 32 auf und die geneigte Oberfläche ist eine flache Oberfläche. Seitenwände 31 (oder geneigte Oberflächen) weisen relativ zu der Tiefenrichtung gleiche Neigungswinkel β auf. Entsprechend weist der Schlitz 210 der ersten Ausführungsform einen Breitenverjüngungsabschnitt 310 auf, der über das gesamte der Tiefenrichtung ausgebildet ist und weist eine Querschnittsform in der Form eines Trapezes (genauer gesagt eines isogonales Trapezes) mit einem Öffnungsabschnitt 33 auf, der als eine längere Seite dient, und einer unteren Wand 32, die als eine kürzere Seite dient.
• Der Schlitz 210 ist so, dass ein Abstand zwischen Seitenwänden 31 an beliebiger Position in der Tiefenrichtung äquivalent oder weniger als ein Abstand zwischen Seitenwände 31 näher an dem Öffnungsabschnitt 33 als die Position ist. Mit anderen Worten Seitenwände 31 weisen einen Abstand auf, der gleich oder kleiner als die Breite des Öffnungsabschnitts 33 über das gesamte der Tiefenrichtung ist und auch am breitesten an dem Öffnungsabschnitt 33 und am engsten an der unteren Wand 32 ist.
• Im Schlitz 210 bilden Seitenwand 31 und untere Wand 32 einen Winkel α von mehr als 90 Grad und weniger als 180 Grad zum Beispiel 91 Grad oder mehr und 120 Grad oder weniger, vorzugsweise 95 Grad oder mehr und 110 Grad oder weniger. Neigungswinkel β der Seitenwand 31 (geneigte Oberfläche) relativ zu der Tiefenrichtung ist zum Beispiel 1 Grad oder mehr und 45 Grad oder weniger und ferner 30 Grad oder weniger vorzugsweise 5 Grad oder mehr und 20 Grad oder weniger. Der Öffnungsabschnitt 33 weist eine Breite W zum Beispiel von 0,1 mm oder mehr insbesondere 0,5 mm oder mehr und 20 mm oder weniger auf, ferner 1 mm oder mehr und 8 mm oder weniger. Eine Tiefe H (eine Länge in der Tiefenrichtung von dem Öffnungsabschnitt 33 zu der unteren Wand 32) ist zum Beispiel 0,1 mm oder mehr, insbesondere 0,5 mm oder mehr und 10 mm oder weniger und darüber hinaus 1 mm oder mehr und 5 mm oder weniger.
• (Funktion und Effekt)
• Rahmenkörper 22 (Zellenrahmen 20) entsprechend der ersten Ausführungsform weist einen Breitenverengungsabschnitt 310 an mindestens einem Abschnitt des Schlitzes 210 in seiner Tiefenrichtung auf und kann einen Konvektionsstrom des Elektrolyts unterstützen, dass sich entlang der geneigten Oberfläche der Seitenwand 31 bewegt. Da sich eine Wärmeableitungseffizienz des Elektrolyts durch den Konvektionsstrom verbessert und die Wärmeableitung des Elektrolyts in dem Schlitz verbessert werden kann, kann eine Erhöhung der Temperatur des Elektrolyts unterdrückt werden. Als eine Konsequenz kann ein Ausfallen einer Elektrolytkomponente unterdrückt werden. Insbesondere ist Seitenwand 31 relativ zu der Tiefenrichtung geneigt und weist die gesamte Oberfläche geneigt und den Breitenverengungsabschnitt 310 auf, der über das gesamte in der Tiefenrichtung ausgebildet ist, sodass das Elektrolyt einfach entlang Seitenwand 31 durch Konvektion strömen kann und ein hoher Effekt der Wärmeabfuhr des Elektrolyts kann durch den Konvektionsstrom erreicht werden. Darüber hinaus, da ein Winkel α, der durch sie Seitenwand 31 und die untere Wand 32 ausgebildet ist, 91 Grad oder mehr und 120 Grad oder weniger ist, kann eine Konvektion des Elektrolyts an einer Ecke 34 entlang der geneigten Oberfläche der Seitenwand einfach auftreten und eine Wärmeabfuhr des Elektrolyts in der Nähe der Ecke 34 kann folglich unterstützt werden.
• Schlitz 210 der ersten Ausführungsform weist eine Querschnittsform in der Form eines Trapezes (genauer gesagt eines isogonales Trapezes auf und kann einen Umfang aufweisen, der größer als der eines konventionellen Schlitzes ist, der eine quadratische Querschnittsform aufweist, der die gleiche Querschnittsfläche aufweist. Entsprechend kontaktiert der Schlitz das Elektrolyt über eine vergrößerte Fläche und eine Wärmeabfuhreffizienz des Elektrolyts durch Wärmeleitung verbessert sich.
• Darüber hinaus, da Seitenwände 31 einen Abstand aufweisen, der von dem Öffnungsabschnitt 33 zu der unteren Wand 32 verjüngt ist, ist kein verbreiterter Abschnitt an einem Zwischenabschnitt in der Tiefenrichtung existent, was das Ausbilden des Schlitzes 210 unterstützt.
• Beispielhafte Variationen
• In der ersten Ausführungsform ist der Schlitz 210 in einer isogonalen Trapez-Querschnittsform und ein Paar Seitenwände 31, die einen Breitenverengungsabschnitt 310 ausgestalten, sind gegenseitig relativ zu der Tiefenrichtung geneigt und weisen einen Abstand auf, der graduell in der Tiefenrichtung verengt ist. Als eine beispielhafte Variation der ersten Ausführungsform kann das Paar Seitenwände 31 eine Seitenwand aufweisen, die relativ zu der Tiefenrichtung geneigt ist, und die andere Seitenwand 31 aufweisen, die entlang der Tiefenrichtung ist. Darüber hinaus kann jede Seitenwand 31 einen unterschiedlichen Neigungswinkel β aufweisen.
• Im Folgenden werden basierend auf 4 bis 7 weitere Beispiele des Schlitzes in ihrem Querschnitt beschrieben. Im Folgenden wird Schlitz 210 so beschrieben, dass eine Konfiguration ähnlich zu der oben beschriebenen ersten Ausführungsform identisch bezeichnet ist und nur ein Unterschied zu der ersten Ausführungsform wird hauptsächlich beschrieben.
• [Zweite Ausführungsform]
• 4 zeigt eine zweite Ausführungsform, die Seitenwände 31 und Bodenwand 32 bereitstellt, die eine Ecke 34 ausbilden, die eine gekrümmte Oberfläche aufweist.
• Da Schlitz 210 der zweiten Ausführungsform eine Ecke 34 aufweist, die in einer gekrümmten Oberfläche ausgebildet ist tritt eine Konvektion des Elektrolyts entlang der Kante 34 einfach auf und eine Wärmeabfuhr des Elektrolyts in der Nähe der Ecke 34 wird folglich unterstützt. Ecke 34 einen Krümmungsradius r von zum Beispiel 0,1 mm oder mehr und 10 mm oder weniger und darüber hinaus 0,2 mm oder mehr und 5 mm oder weniger auf.
• [Dritte Ausführungsform]
• 5 zeigt eine dritte Ausführungsform, in welche der Breitenverengungsabschnitt 310 aus einer Seitenwand 31 gebildet ist, die eine geneigte Oberfläche aufweist, die eine gekrümmte Oberfläche ist.
• Da Schlitz 210 der dritten Ausführungsform eine Seitenwand 31 aufweist, die eine geneigte Oberfläche aufweist, die eine gekrümmte Oberfläche ist, kann ein Konvektionsstrom des Elektrolyts, der sich entlang der geneigten Oberfläche bewegt, ferner unterstützt werden und eine Wärmeabfuhreffizienz des Elektrolyts durch die Konvektion wird weiter verbessert. Die gekrümmte Oberfläche ist zum Beispiel in der Form eines Bogens, eines elliptischen Bogens oder dergleichen bereitgestellt.
• [Vierte Ausführungsform]
• 6 zeigt eine vierte Ausführungsform, in welcher eine untere Wand 32 eine gekrümmte Oberfläche aufweist, die in die Tiefenrichtung hervorsteht.
• Da Schlitz 210 der vierten Ausführungsform eine untere Wand 32 aufweist, die eine gekrümmte Oberfläche aufweist, kann eine Konvektion des Elektrolyts einfach entlang der gekrümmten Oberfläche der unteren Wand 32 auftreten und eine Wärmeabfuhr des Elektrolyts in der Nähe der unteren Wand 32 wird folglich unterstützt.
• [Fünfte Ausführungsform]
• 7 zeigt eine fünfte Ausführungsform, in welcher die gesamte Oberfläche der Seitenwände 31 und unteren Wand 32 in einer gekrümmten Oberfläche ausgebildet ist.
• Da die gesamte Oberfläche der Seitenwände 31 und der unteren Wand 32 als eine gekrümmte Oberfläche ausgebildet ist, das heißt der Schlitz 210 weist eine Wandoberfläche auf, die insgesamt in einer gekrümmten Oberfläche ausgebildet ist, kann eine Konvektion des Elektrolyts einfach entlang der Wandoberfläche (Seitenwände 31 und untere Wand 32) auftreten und eine Wärmeabfuhreffizienz des Elektrolyts durch den Konvektionsstrom wird weiter verbessert. Schlitz 210 weist eine Querschnittform zum Beispiel in einem Halbkreis, einer Halbellipse oder dergleichen auf und Schlitz 210, der in 7 gezeigt ist, ist eine Halbellipse.
• (Anderes)
• Während in den oben beschriebenen Ausführungsformen einen Aspekt beschrieben wurde, der eine untere Wand 32 aufweist kann auch ein Aspekt, der keine untere Wand aufweist, anwendbar sein. Zum Beispiel der Schlitz kann eine Querschnittsform in der Form eines Dreiecks aufweisen, wobei ein Boden als ein Wendepunkt dient und Öffnungsabschnitt 33 als eine Basis (als ein spezifisches Beispiel eine gleichschenkliges Dreieck).
• Während in der obigen Ausführungsform ein Aspekt beschrieben wurde, der eine Seitenwand 31 aufweist, der die gesamte obere Fläche geneigt aufweist und folglich einen breiten Verjüngungsabschnitt 310 über das gesamte der Tiefenrichtung aufweist, können Seitenwand 31 teilweise eine geneigte Oberfläche aufweisen und ein Abschnitt in der Tiefenrichtung kann mit dem Breitenverengungsabschnitt 310 bereitgestellt sein und die anderen Abschnitte/der andere Abschnitt kann Seitenwände 31 aufweisen, die im Wesentlichen gleichmäßig beabstandet sind. Zum Beispiel, wie in 8(a) beschrieben, weist Seitenwand 31 ein oberes Ende (eine Seite näher an dem Öffnungsabschnitt 33) geneigt auf und der Breitenverengungsabschnitt 310 ist linear an dem Öffnungsabschnitt 33 bereitgestellt, und wie in 8(b) gezeigt, weist Seitenwand 31 ein unteres Ende (eine Seite näher an der unteren Wand 33 geneigt auf und der Breitenverengungsabschnitt 310 ist näher an der unteren Wand 32 bereitgestellt. In dem Fall von 8(a) ist ein Abstand der Seitenwände 31 an einem Abschnitt näher an der unteren Wand 32 als der Breitenverengungsabschnitt 310 fixiert und in dem Fall von 8(b) ist ein Abschnitt von dem Öffnungsabschnitt 33 zu dem Breitenverengungsabschnitt 310 mit Seitenwände 31 bereitgestellt, die einen Abstand dazwischen aufweisen, der gleich einer Breite des Öffnungsabschnitts 33 ist. Darüber hinaus, wie in 8(c) gezeigt, kann Seitenwand 31 ein Zentrum haben, das geneigt ist, und einen Breitenverengungsabschnitt 310 kann an einem Zwischenabschnitt in der Tiefenrichtung ausgebildet sein.
• Darüber hinaus kann der Breitenverengungsabschnitt kein einzelner Breitenverengungsabschnitt sein und zum Beispiel mehrere Breitenverengungsabschnitte 310 können bereitgestellt sein. Zum Beispiel, wie in 9 gezeigt, ist ein Aspekt angedeutet, der einen Breitenverengungsabschnitt 310 an der Seite des Öffnungsabschnitts 33 und der Seite der unteren Wand 32 aufweist. In diesem Fall kann Seitenwand 31 (eine geneigte Oberfläche) in jedem Breitenverengungsabschnitt 310 in gleichen oder unterschiedlichen Neigungswinkel aufweisen.
• Im Folgenden wird eine Redox-Flussbatterie beschrieben, die einen Zellrahmen entsprechend der Ausführungsformen, die oben beschrieben wurden, beinhaltet. Wenn der Zellrahmen an der Redox-Flussbatterie angewendet wird, wird es in einer Form eines Zellenstapels verwendet, der so ausgebildet ist, dass er aus einem Zellenrahmen, einer positiven Elektrode, einer Ionentauschermembran und einer negativen Elektrode ausgebildet ist, die jeweils in mehreren Lagen gestapelt sind (siehe 11) und es wird auf eine Konfiguration Bezug genommen, in welcher die Redox-Flussbatterie diesen Zellenstapel beinhaltet.
• INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
• Der Rahmenkörper und Zellrahmen der vorliegenden Erfindung ist geeignet an einer Komponente einer Redox-Flussbatterie anwendbar.
• Bezugszeichenliste

100

Zelle

101

Ionentauschermembran

102

Zelle mit positiver Elektrode;

104

positive Elektrode

103

Zelle mit negativer Elektrode;

105

negative Elektrode

106

Tank für Elektrolyt der positiven Elektrode

108, 110

Durchgang;

112

Pumpe

107

Tank für Elektrolyt der negativen Elektrode

109, 111

Durchgangsausnehmung;

113

Pumpe

20

Zellenrahmen

21

bipolare Platte

22

Rahmenkörper

22L

langes Stück;

22S

kurzes Stück

22o

Öffnung

24

Kammer

200

Durchgangsausnehmung

201, 202

Flüssigkeitszufuhrdurchgang

203, 204

Flüssigkeitsablassdurchgang

210

Schlitz

211, 212

Flüssigkeitszufuhrschlitz

213, 214

Flüssigkeitsablassschlitz

31

Seitenwand;

310

Breitenverengungsabschnitt

32

untere Wand

33

Öffnungsabschnitt;

34

Ecke

40

Schutzplatte

50

Dichtungselement

10S

Zellenstapel

250

Endplatte

300

Redox-Flussbatterie (RF-Batterie)

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 2013-080613 [0007]
• JP 2002-246061 [0007]

Claims (11)

1. Rahmenkörper, der für eine Zelle einer Redox-Flussbatterie verwendet werden kann, umfassend: eine Öffnung, die in dem Rahmenkörper ausgebildet ist; einen Durchgang, durch welchen ein Elektrolyt im Kreis läuft; und einen Schlitz, der mit der Öffnung und dem Durchgang verbunden ist, wobei der Schlitz einen Kanal für das Elektrolyt zwischen der Öffnung und dem Durchgang ausbildet, wobei der Schlitz ein Paar Seitenwände aufweist, die gegenüberliegend in einem Querschnitt orthogonal zu einer Richtung angeordnet sind, in welcher das Elektrolyt im Kreis läuft, der Schlitz in einem Abschnitt entlang einer Tiefenrichtung des Schlitzes einen Breitenverengungsabschnitt aufweist, an welchem sich ein Abschnitt zwischen den Seitenwänden entlang der Tiefenrichtung des Schlitzes verengt.
2. Rahmenkörper nach Anspruch 1, wobei: der Schlitz eine untere Wand aufweist; und die untere Wand eine flache Oberfläche parallel zu einer Oberfläche des Rahmenkörpers aufweist.
3. Rahmenkörper nach Anspruch 2, wobei mindestens eine der Seitenwände und die untere Wand einen Winkel von 91 Grad oder mehr und 120 Grad oder weniger ausbilden.
4. Rahmenkörper nach Anspruch 2 oder 3, wobei mindestens eine der Seitenwände und die untere Wand eine Ecke ausbilden, die eine gekrümmte Oberfläche aufweist.
5. Rahmenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in dem Breitenverengungsabschnitt mindestens eine der Seitenwände eine geneigte Oberfläche aufweist, die relativ zu der Tiefenrichtung geneigt ist, und die geneigte Fläche eine flache Oberfläche ist.
6. Rahmenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in dem Breitenverengungsabschnitt mindestens eine der Seitenwände eine geneigte Oberfläche aufweist, die relativ zu der Tiefenrichtung geneigt ist, und die geneigte Oberfläche eine gekrümmte Oberfläche ist.
7. Rahmenkörper nach Anspruch 1, wobei: der Schlitz eine untere Wand aufweist; und die untere Wand eine gekrümmte Oberfläche aufweist, die in der Tiefenrichtung des Schlitzes hervorsteht.
8. Rahmenkörper nach Anspruch 7, wobei eine gesamte Oberfläche der Seitenwände und der unteren Wand in einer gekrümmten Oberfläche ausgebildet ist.
9. Rahmenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Abstand zwischen den Seitenwänden an einer Position in der Tiefenrichtung des Schlitzes äquivalent oder weniger als ein Abstand der Seitenwände näher an der Öffnungsabschnittsseite als die Position ist.
10. Zellenrahmen für eine Redox-Flussbatterie, umfassend: den Rahmenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9; und eine bipolare Platte, die in die Öffnung des Rahmenkörpers eingepasst ist, wobei der Rahmenkörper und die bipolare Platte eine Kammer in dem Rahmenkörper ausbilden.
11. Redox-Flussbatterie einen Zellenrahmen für eine Redox-Flussbatterie nach Anspruch 10 umfassend.

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