DE212015000124U1 - Rahmenkörper, Zellenrahmen für eine Redox-Flussbatterie, und Redox-Flussbatterie - Google Patents

Abstract

Rahmenkörper zur Verwendung in einer Zelle einer Redox-Flussbatterie, umfassend: eine Öffnung, die in dem Rahmenkörper ausgebildet ist; einen Durchgang, durch welchen eine Elektrolyt im Kreis fließen kann; 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 mindestens einen gebogenen Abschnitt aufweist, dessen Krümmungsradius gleich oder größer als 2 mm und kleiner als oder gleich 200 mm ist.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rahmenkörper, der für eine Zelle einer Redox-Flussbatterie verwendet wird, einen Zellenrahmen für eine Redox-Flussbatterie und eine Redox-Flussbatterie. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Rahmenkörper einer Zelle für eine Redox-Flussbatterie, der eine Wärmeabfuhr eines Elektrolyts in einem Schlitz, der in dem Rahmenkörper bereitgestellt ist, verbessern kann, während ein Verlust durch einen Nebenstrom durch das Elektrolyt verhindert wird, und auch eine Belastung reduzieren kann, die an einem Ausbildungsabschnitt eines Schlitz auftritt.
• STAND DER TECHNIK
• Als eine Speicherbatterie mit großer Kapazität ist eine Redox-Flussbatterie (im Folgenden auch als RF Batterie bezeichnet) bekannt (siehe Patentdokumente 1 und 2). Bekannte Anwendungen für die Redox-Flussbatterie sind ein Lastausgleich, sowie eine Kompensation für einen momentanen Abfall und eine Sicherung einer Leistungszufuhr und Ausgleichen einer Leistungsausgabe aus regenerativen Energien wie Solarenergie, Windenergie und dergleichen, deren massive Einführung vorangetrieben wird.
• Eine RF Batterie ist eine Batterie, die ein Laden und Entladen unter Verwendung eines Elektrolyts für eine positive Elektrode und eines Elektrolyts für eine negative Elektrode durchführt, wobei ein Elektrolyt ein Metallion (ein aktives Material) beinhaltet, das eine Valenzvariation durch eine Oxidationsreduktion aufweist. 9 zeigt ein Betätigungsprinzip einer vanadiumbasierten RF Batterie 300, die als eine Elektrolyt für eine positive Elektrode und ein Elektrolyt für eine negative Elektrode ein Vanadiumelektrolyt verwendet, das ein V-Ion beinhaltet, das als ein aktives Material dient. In 9 deutet ein Pfeil mit durchgezogener Linie und ein Pfeil mit gestrichelter Linie in einer Batteriezelle 100 eine Ladereaktion und eine Entladereaktion jeweils an.
• Eine RF Batterie 300 beinhaltet eine Zelle 100, die in eine Zelle mit positive Elektrode 102 und eine Zelle 103 mit negative Elektrode durch einen Ionentauscherfilm 101 getrennt ist, der Wasserstoffionen eindringen lässt. Die Zelle 102 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 Leitungen 108, 110 mit der Zelle 102 mit positiver 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 mit Leitungen 109, 111 mit der Zelle 103 mit negativer Elektrode verbunden. Durch Pumpen 112, 113 wird das Elektrolyt, dass in jedem Tank 106, 107 gespeichert ist, im Kreis gepumpt und läuft durch Zelle 100 (Zelle 102 mit positiver Elektrode und Zelle 103 mit negativer Elektrode), um ein Laden und ein Entladen durchzuführen.
• In der RF Batterie 300 ist normalerweise eine Konfiguration angewendet, die einen Zellenstapel beinhaltet, der mehrere Zellen 100 in Schichten gestapelt aufweist. 10 ist ein schematisches Diagramm eines Zellenstapels. Ein Zellenstapel 10S, der in 10 dargestellt ist, ist so ausgebildet, dass dieser aus einem Zellenrahmen 20, der einen Rahmenkörper 22 in der Form eines rechteckigen Rahmens und einer bipolaren Platte 21 beinhaltet, die in dem Rahmenkörper 22 bereitgestellt ist, einer positiven Elektrode 104, eine Ionentauschmembran 101, einer negativen Elektrode 105, gebildet ist, sodass diese in mehreren Schichten gestapelt sind und dieser Stapel wird zwischen zwei Endplatten 250 eingeklemmt. Der Rahmenkörper 22 weist eine Öffnung, die darin ausgebildet ist, auf und Zellenrahmen 20 ist so, dass eine Vertiefung in dem Rahmenkörper 22 durch Einpassen der bipolaren Platte in der Öffnung des Rahmenkörpers 22 ausgebildet ist. Insbesondere weist der Zellenrahmen 20 eine Vertiefung (eine Kammer) 24 auf, die in dem Rahmenkörper 22 durch eine innere umfängliche Oberfläche des Rahmenkörpers 22 und einer Oberfläche der bipolaren Platte ausgebildet ist und die positive Elektrode 104 ist an einer Oberflächenseite der bipolaren Platte 21 angeordnet und die negative Elektrode 105 ist an der anderen Oberflächenseite der bipolaren Platte 21 angeordnet. Rahmenkörper 22, der in 10 als Beispiel gezeigt ist, ist in der Form eines rechteckigen Rahmens, der aus einem Paar gegenüberliegender oberer und unterer langer Stücke 22L und einem Paar rechter und linker kurzer Stücke 22S ausgebildet ist, die mit den Enden der langen Stücke 22 verbunden sind. In Kammer 24, die in dem Rahmenkörper 22 ausgebildet ist, sind Elektroden (positive Elektrode 104 oder negative Elektrode 105) aufgenommen und ein innerer Raum der Kammer 24, der durch die bipolare Platte 21 umgeben ist, der Rahmenkörper 22 und die Ionentauschmembran 101 bilden eine Zelle (eine Zelle mit positiver Elektrode oder eine Zelle mit negative Elektrode). In dem obigen Zellenstapel 10S, wie in 10 gezeigt, ist eine einzelne Zelle (Einheitszelle) 100 durch anordnen eines Paars positiver und negativer Elektroden 104, 105 zwischen benachbarten Zellenrahmen 20 mit einer Ionentauschermembran 101 dazwischen angeordnet ausgebildet.
• In dem Zellenstapel 10S fließt ein Elektrolyt durch einen Durchgang 200, der in dem Rahmenkörper 22 ausgebildet ist und diesen durchdringt, und einem Schlitz 210, der an einer Oberfläche des Rahmenkörpers 22 ausgebildet ist und eine Verbindung zwischen dem Durchgang 200 und der Kammer 24 bereitstellt. Schlitz 210 weist ein Ende verbunden mit dem Durchgang 200 und das andere Ende verbunden mit der Kammer 24 auf. In dem Zellenstapel 10S, der in 10 gezeigt ist, wird das Elektrolyt für die positive Elektrode von einem Flüssigkeitszufuhrdurchgang 201 mit einem Flüssigkeitszufuhrschlitz 212 zugeführt, der an der anderen Oberflächenseite (entsprechend der hinteren Seite des Blatts der Zeichnung) des Rahmenkörpers ausgebildet ist, zu der Kammer zugeführt, die darin die negative Elektrode 105 aufgenommen aufweist und wird mit einem Flüssigkeitsablassschlitz 214 zu dem Flüssigkeitsablassdurchgang 204 abgelassen. Zwischen Zellenrahmen 20, um eine Leckage des Elektrolyts zu unterdrücken ist ein ringförmiges Dichtungselement 50 wie ein O-Ring oder eine flache Dichtung entlang einem äußeren Umfang des Rahmenkörpers 22 angeordnet.
• DOKUMENTENLISTE
• PATENTDOKUMENTE
• PTD 1: japanische Offenlegungsschrift Nr. 2013-080613
• PTD 2: japanische Offenlegungsschrift Nr. 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. Ein Mittel, das den Nebenstrom reduziert ist, ist, die Länge des Schlitzes, der als der Kanal des Elektrolyts dient, zu verlängern, um den elektrischen Widerstand des Elektrolyts in dem Schlitz zu erhöhen. Entsprechend existiert von einem konventionellen Standpunkt zum Reduzieren eines Nebenstromverlustes ein Fall, in welchem ein Mittel genommen wurde, um einen gebogenen Abschnitt an einem Abschnitt des Schlitzes auszubilden, um die Länge des Schlitzes zu erhöhen, sodass dieser länger als ein gerader Schlitz ist. Die Länge des Schlitzes bedeutet eine Länge des Schlitzes entlang des Schlitzes von einem Ende zu dem anderen Ende gemessen, wenn der Zellenrahmen (oder Rahmenkörper) in einer Aufsicht betrachtet wird.
• Bereitstellen des Schlitzes mit einem gebogenen Abschnitt, um die Länge des Schlitzes zu erhöhen, hat jedoch ein Limit und wenn die RF Batterie betätigt wird, bereitsteht oder dergleichen wird, wenn der Schlitz mit Elektrolyt gefüllt ist, ein Nebenstrom durch das Elektrolyt nicht in einem kleinem Ausmaß fließen. Dieser Nebenstrom kann dazu führen, dass das Elektrolyt Wärme generiert und eine erhöhte Temperatur aufweist. Insbesondere wenn die RF Batterie in Bereitschaft ist, bleibt das Elektrolyt in dem Schlitz und entsprechend erhöht sich die Temperatur des Elektrolyts in dem Schlitz einfacher als bei einer Betätigung, wenn das Elektrolyt fließt. Wenn die Temperatur des Elektrolyts erhöht ist, kann ein Ausfall in dem Elektrolyt auftreten und es ist möglich eine Reduktion der Batterieleistung durch ein degenerieren des Elektrolyts zu haben. Darüber hinaus, wenn die Temperatur des Elektrolyts erhöht ist, kann die Temperatur den Rahmenkörper aufweichen und deformieren und folglich den Rahmenkörper (oder den Zellenrahmen) beschädigen. Entsprechend, um das Erhöhen der Temperatur des Elektrolyts in dem Schlitz zu unterdrücken, besteht ein Bedarf, die Wärmeabfuhr des Elektrolyts zu verbessern.
• Darüber hinaus werden in dem Rahmenkörper für die Zelle der RF Batterie, wenn das Elektrolyt fließt, ein Fluiddruck, thermische Expansion und dergleichen verursacht, was in einer Belastung resultiert, die an dem Werkstück, welches den Rahmenkörper in einer Längsrichtung bildet, in einer Breitenrichtung und dergleichen wirkt und diese Belastung kann in einer Verformung enden. Insbesondere weist der Ausbildungsabschnitt für den Schlitz des Rahmenkörpers eine kleine Dicke auf und ist entsprechend anfällig für ein Verformen und darüber hinaus konzentriert sich eine Belastung einfach an einer Ecke des Schlitzes oder dergleichen und wenn eine übermäßige Belastung wirkt, kann ein Reißen einfach verursacht werden, wobei der Schlitz als ein Startpunkt dient. Entsprechend ist ein Unterdrücken der Belastung, die in dem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes auftritt, gewünscht. Der „Schlitzquerschnitt“ bedeutet ein Querschnitt orthogonal zu einer Richtung, in welcher das Elektrolyt fließt.
• Konventionell, um einen Nebenstromverlustes zu reduzieren, wurde ein Bereitstellen eines Abschnitts eines Schlitzes mit einem gebogenen Abschnitt vorgeschlagen. Jedoch wurde die Konfiguration des gebogenen Abschnitts des Schlitzes nicht ausreichend von einem Standpunkt des Verbessern der Wärmeabfuhr des Elektrolyts und Unterdrücken einer Verformung des Ausbildungsabschnitt des Schlitzes aus untersucht.
• Die vorliegende Erfindung wurde unter Betrachtung der obigen Umstände gemacht und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rahmenkörper einer Zelle für eine Redox-Flussbatterie bereitzustellen, der die Wärmeabfuhr eines Elektrolyts in einem Schlitz verbessern kann, während ein Nebenstromverlust durch das Elektrolyt reduziert wird, und auch eine Belastung, die an einem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes auftritt, 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 einen gebogenen Abschnitt auf, dessen Krümmungsradius gleich oder größer als 2,0 mm kleiner oder gleich 200 mm ist.
• Ein Zellenrahmen 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 Zellenrahmen kann die Wärmeabfuhr eines Elektrolyts in einem Schlitz verbessern, während ein Nebenstromverlust durch das Elektrolyt reduziert wird, und kann auch eine Verformung unterdrücken, die an einem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes verursacht wird. Der obige Zellenrahmen für eine Redox-Flussbatterie und die Redox-Flussbatterie können eine Wärmeabfuhr eines Elektrolyts in einem Schlitz verbessern, der in einem Rahmenkörper bereitgestellt ist, der eine Zelle bildet, während ein Nebenstromverlust durch das Elektrolyt reduziert wird, und kann auch ein Verformen unterdrücken, das an einem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes verursacht wird.
• KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
• 1 ist eine schematische Aufsicht eines Rahmenkörpers entsprechend einer ersten Ausführungsform.
• 2 ist eine schematisch Aufsicht eines Zellenrahmens, der den Rahmenkörper entsprechend der ersten Ausführungsform beinhaltet.
• 3 ist ein schematischer Querschnitt, der eine Querschnittsform eines Schlitzes in dem Rahmenkörper entsprechend der ersten Ausführungsform in einer vergrößerten Ansicht zeigt.
• 4 ist eine schematische Aufsicht eines Rahmenkörpers entsprechend einer zweiten Ausführungsform.
• 5 ist eine schematische Aufsicht eines Rahmenkörpers entsprechend einer dritten Ausführungsform.
• 6 zeigt ein Modell eines Schlitzes, das zum Bewerten einer beispielhaften Testberechnung 1 verwendet wird.
• 7 stellt ein Verfahren zum Berechnen einer Verformungsmenge eines gebogenen Abschnitts in einer beispielhaften Testberechnung 1 dar.
• 8 zeigt ein Modell eines Schlitzes, das für eine Bewertung einer beispielhaften Testberechnung 2 verwendet wird.
• 9 zeigt ein Prinzip einer Betätigung einer Redox-Flussbatterie.
• 10 ist eine schematische Konfiguration eines Zellenstapels.
• BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
• [Beschreibung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung]
• Die vorliegenden Erfinder haben einen Schlitz, der in einem Rahmenkörper bereitgestellt ist und einen gebogenen Abschnitt aufweist, eine Konfiguration des gebogenen Abschnitts, einen Krümmungsradius davon insbesondere untersucht, der die Wärmeabfuhr eines Elektrolyts in dem Schlitz verbessern kann eine Verformung unterdrücken kann, die an einem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes verursacht wird. Die vorliegenden Erfinder haben die folgenden Erkenntnisse erhalten.
• Wenn ein Nebenstrom ein Generieren von Wärme verursacht und die Temperatur des Elektrolyts in dem Schlitz erhöht ist, wird die Wärme des Elektrolyts von einer Wandoberfläche des Schlitzes, welche das Elektrolyt kontaktiert, abgeleitet und folglich gekühlt. D. h., dass die Wärme sich von dem Elektrolyt via der Wandoberfläche des Schlitzes zu dem Rahmenkörper wegbewegt und eine Wärmeableitung des Elektrolyts folglich durchgeführt wird. Wenn der Schlitz einen gebogenen Abschnitt mit einem kleinen Krümmungsradius aufweist, dann ist der Ausbildungsbereich des gebogenen Abschnitts in der Ebene des Rahmenkörpers klein und es ist schwierig die Wärme des Elektrolyts in dem Ausbildungsabschnitt des gebogenen Abschnitts zu dem Rahmenkörper abzuleiten und folglich wird die Wärme einfach eingeschlossen. Insbesondere weist in dem Ausbildungsabschnitt des gebogenen Abschnitts des Ausbildungsabschnitt des Schlitzes des Rahmenkörpers ein Ausbildungsbereich, der durch zwei Liniensegmente umgeben ist, welcher das Zentrum des Krümmungsradius des gebogenen Abschnitts und eines und das andere Ende des gebogenen Abschnitts durch die gekrümmte Linie entlang des gebogenen Abschnitts verbindet, eine kleine Fläche (oder Volumen) auf und hat eine kleine Wärmekapazität und die Temperatur erhöht sich durch die Wärmeabfuhr von dem Elektrolyt schnell. Entsprechend, wenn der Schlitz einen gebogenen Abschnitten einen kleinen Krümmungsradius aufweist, wird die Wärmeabfuhr zu dem Rahmenkörper des Elektrolyts nicht ausreichend ausgeführt und die Wärme wird einfach an dem Ausbildungsabschnitt des gebogenen Abschnitts eingeschlossen. Entsprechend erhöht sich in dem gebogenen Abschnitt des Schlitzes die Temperatur des Elektrolyts einfach und entsprechend fällt eine Elektrolytkomponente aus, der Rahmenkörper wird weich oder andere nachteilige Effekte werden einfach verursacht.
• Im Gegensatz dazu, wenn ein Rahmenkörper, der einen Schlitz aufweist, der einen gebogenen Abschnitt mit einem langen Krümmungsradius aufweist, einer Zugspannung, die aus einem fluide Druck, einer thermischen Expansion oder dergleichen resultiert, ausgesetzt wird, ist eine Komponente einer Kraft, die an dem gebogenen Abschnitt des Schlitzes in einer normalen Richtung wirkt (die Breitenrichtung des Schlitzes) erhöht. Insbesondere wenn eine Spannung/Belastung in einer Richtung (zum Beispiel eine Longitudinalrichtung) eines Werkstücks wirkt, das den Rahmenkörper bildet, wird diese in dem gebogenen Abschnitt des Schlitzes in eine Komponente einer Kraft der normalen Richtung und einer Komponente der Kraft in einer Tangentialrichtung zerlegt. Der Ausbildungsabschnitt des Schlitzes des Rahmenkörpers ist empfänglich für eine Belastung in Antwort auf eine Kraft in der Breitenrichtung des Schlitzes und, wenn der Schlitz einen gebogenen Abschnitt mit einem großen Krümmungsradius aufweist, ist der Ausbildungsabschnitt des gebogenen Abschnitts einfach belastet und kann folglich reißen.
• Die vorliegenden Erfinder haben die vorliegende Erfindung basierend auf der obigen Idee abgeschlossen. 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; ein Durchgang, durch welchen ein Elektrolyt im Kreis fließt; 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. Der Schlitz weist mindestens einen gebogenen Abschnitt auf, dessen Krümmungsradius gleich oder größer als 2,0 mm und kleiner oder gleich 200 mm ist.
• Entsprechend dem obigen Rahmenkörper, da der Schlitz mindestens einen gebogenen Abschnitt aufweist, kann der Schlitz länger als ein gerader Schlitz sein und ein Nebenstromverlust durch das Elektrolyt in dem Schlitz kann reduziert werden. Darüber hinaus kann der gebogene Abschnitt, der einen Krümmungsradius aufweist, welcher dem obigen Bereich entspricht, die Wärmeabfuhr des Elektrolyts in dem Schlitz verbessern und kann auch eine Belastung unterdrücken, die an einem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes auftritt. Insbesondere ermöglicht ein gebogener Abschnitt, der einen Krümmungsradius von 2,0 mm oder mehr aufweist, dass der Ausbildungsbereich des gebogenen Abschnitts in der Ebene des Rahmenkörpers groß ist und unterstützt, dass der Ausbildungsabschnitt des gebogenen Abschnitts die Wärme des Elektrolyts von dem Rahmenkörper ableitet und die Wärme weniger einfach eingesperrt wird. Folglich kann eine Wärmeabfuhr des Elektrolyts verbessert werden und eine Erhöhung des Temperatur des Elektrolyts kann unterdrückt werden. Entsprechend kann ein Ausfallen einer Elektrolytkomponente, Aufweichen und Deformieren des Rahmenkörpers und dergleichen unterdrückt werden.
• Im Gegensatz dazu, wenn ein Rahmenkörper, der einen gebogenen Abschnitt mit einem großen Krümmungsradius von 200 mm oder weniger aufweist, einer Zugspannung ausgesetzt ist, die von einem Fluiddruck resultiert, wird eine thermische Expansion oder dergleichen an dem gebogenen Abschnitt des Schlitzes in der normalen Richtung (Breitenrichtung des Schlitzes) und der Tangentialrichtung aufgespalten und eine Spannung, die an dem Ausbildungsabschnitt des gebogenen Abschnitts in der Breitenrichtung des Schlitzes auftritt, ist so reduziert, dass sie klein ist. Entsprechend kann ein Verformen, das an einem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes verursacht wird, unterdrückt und ein Reißen kann unterdrückt werden. Vorzugsweise weist der gebogene Abschnitt einen Krümmungsradius von zum Beispiel 10 mm oder mehr und 60 mm oder weniger auf.
• (2) Als ein Aspekt des obigen Rahmenkörpers weist der obige Schlitz einen Verbindungsabschnitt, der einen Krümmungsradius von mehr als 200 mm aufweist, zwischen dem obigen gebogenen Abschnitt, der am nächsten zu der obigen Öffnung ist, und der obigen Öffnung auf.
• Wenn das Elektrolyt von dem Durchgang in die Kammer durch den Schlitz eingeführt wird, läuft es durch den gebogenen Abschnitt und erfährt entsprechend eine Zentrifugalkraft (oder Trägheit). Diese Trägheit kann einen Fluss des Elektrolyts, das in die Kammer eingeführt wird, stören und folglich ist es möglich, dass das Elektrolyt in der Kammer ein ungleichmäßiges Flussratenprofil aufweist. Entsprechend dem obigen Aspekt, da ein Verbindungsabschnitt bereitgestellt, der einen Krümmungsradius von mehr als 200 mm aufweist (eine Krümmung weniger als 1/200), zwischen dem gebogenen Abschnitt der Öffnung ist, die als die Kammer dient, kann eine Trägheit, die aufgenommen wird, wenn das Elektrolyt durch den gebogenen Abschnitt fließt, abgeschwächt werden und eine Störung des Flusses des Elektrolyts, das in die Kammer eingeführt wird, kann unterdrückt werden. Entsprechend kann der Verbindungsabschnitt einen Anpassungseffekt für den Fluss bereitstellen, welcher eine Störung eines Flusses des Elektrolyts, das in die Kammer eingeführt wird, unterdrückt. Dies kann ein Flussratenprofil des Elektrolyts in der Kammer ausgleichen.
• (3) Als den einen Aspekt des obigen Rahmenkörpers weist der Verbindungsabschnitt eine Länge von 5 mm oder mehr und 200 mm oder weniger auf.
• Entsprechend dem obigen Aspekt, da der Verbindungabschnitt eine Länge von 5 mm oder mehr aufweist, kann eine Störung eines Flusses des Elektrolyts, das in die Kammer eingeführt wird, effektiv unterdrückt werden und ein hoher Anpassungseffekt für die Flussrate kann erreicht werden. Im Gegensatz dazu, wenn ein Rahmenkörper, der einen Verbindungsabschnitt mit einer Länge von 200 mm oder weniger aufweist, einer Zugdehnung ausgesetzt ist, die von einem Fluiddruck, thermische Ausdehnung oder dergleichen resultiert, ist eine Spannung, die an dem Verbindungsabschnitt des Schlitzes wirkt, klein. Entsprechend wird eine Verformung, die an dem Verbindungsabschnitt verursacht wird, unterdrückt und ein Reißen wird unterdrückt.
• Vorzugsweise weist der Verbindungsabschnitt eine Länge von zum Beispiel 10 mm oder mehr und 50 mm oder weniger auf.
• (4) Als ein Aspekt des obigen Rahmenkörpers weist der Schlitz eine Tiefe von 0,5 mm oder mehr und 10 mm oder weniger auf.
• Je größer der Querschnitt des Schlitzes ist, desto kleiner ist der Druckverlust, wenn das Elektrolyt fließt. Entsprechend dem obigen Aspekt ermöglicht der Schlitz, der eine Tiefe von 0,5 mm oder mehr aufweist, mit einer fixierten Breite, eine erhöhte Querschnittsfläche zu haben und ermöglicht ein Reduzieren des Druckverlusts. Darüber hinaus, wenn das Elektrolyt eine feste Flussrate aufweist, ist die Flussgeschwindigkeit des Elektrolyts geringer, je größer die Querschnittsfläche ist und entsprechend ist eine Zentrifugalkraft, wenn das Elektrolyt durch den gebogenen Abschnitt fließt, reduziert und ein verbesserter Anpassungseffekt für den Fluss kann erreicht werden. Darüber hinaus, da der Schlitz eine Tiefe von 10 mm oder weniger aufweist, kann eine Verringern der Festigkeit, die aus einer reduzierten Dicke an dem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes resultiert, des Rahmenkörpers unterdrückt werden und ein Verformen, Reißen und dergleichen durch Fluiddruck, thermische Expansion und dergleichen kann weiter unterdrückt werden. Darüber hinaus, da der Schlitz eine Tiefe von 10 mm oder weniger aufweist, wird eine Belastung, die an dem Schlitz wirkt, weiter reduziert, was hilft die Verformungsmenge zu reduzieren. Vorzugsweise weist der Schlitz eine Tiefe von zum Beispiel 1,00 mm oder mehr und 5,00 mm oder weniger auf. Die Tiefe des Schlitzes bedeutet eine Länge des Schlitzes in dem Querschnitt des Schlitzes in einer Richtung senkrecht von der Öffnung des Schlitzes zu dem Boden dahin betrachtet (d. h. die Richtung der Dicke des Rahmenkörpers). Die Breite des Schlitzes bedeutet eine Breite der Öffnung des Schlitzes im Querschnitt.
• (5) Als ein Aspekt des obigen Rahmenkörpers weist der obige Schlitz eine Breite von 0,5 mm oder mehr und 20 mm oder weniger auf.
• Entsprechend dem obigen Aspekt ermöglicht der Schlitz, der eine Breite von 0,5 mm oder mehr aufweist, dem Schlitz mit einer fixierten Tiefe eine erhöhte Querschnittsfläche zu haben und ermöglicht so einen reduzierten Druckverlust. Darüber hinaus, wie oben beschrieben wurde, ermöglicht eine größere Querschnittsfläche einen verbesserten Anpassungseffekt für den Fluss. Darüber hinaus, da der Schlitz eine Breite von 20 mm oder weniger aufweist, kann eine Reduktion der Festigkeit des Ausbildungsabschnitts des Schlitzes des Rahmenkörpers unterdrückt werden und ein Verformen, Reißen und dergleichen durch Fluiddruck, thermische Expansion und dergleichen kann weiter unterdrückt werden. Darüber hinaus, da der Schlitz eine Breite von 20 mm oder weniger aufweist, kann die Wärmemenge, die durch das Elektrolyt in dem Schlitz generiert wird, unterdrückt werden, und ein Erhöhen des Temperatur des Elektrolyts wird einfacher unterdrückt. Darüber hinaus, da der Schlitz eine Breite von 20 mm oder weniger aufweist, kann der Ausbildungsabschnitt des Schlitzes klein sein und der Rahmenkörper und folglich der Zellenrahmen können verkleinert werden. Vorzugsweise weist der Schlitz eine Breite von 1 mm oder mehr und 8 mm oder weniger zum Beispiel auf.
• (6) Als ein Aspekt des Rahmenkörpers weist der Rahmenkörper ein Paar lange Stücke, die einander gegenüber sind, und ein paar kurze Stücke auf, welche die Enden der lange Stücke verbinden und das lange Stück ist mit mindestens einem gebogenen Abschnitt, der oben beschrieben wurde, ausgebildet.
• Wenn der gebogene Abschnitt des Schlitzes, der in dem langen Stück des Rahmenkörpers ausgebildet ist, mit dem gebogenen Abschnitt des Schlitzes, der in dem kürzeren Stück des Rahmenkörpers ausgebildet ist, verglichen wird, kann der erste einen größeren Abstand von dem gebogenen Abschnitt zu einem oder dem anderen Ende des Stücks bereitstellen, der mit dem gebogenen Abschnitt bereitgestellt ist (im Folgenden auch als Ausbildungsstück des gebogenen Abschnitts bezeichnet). Je größer dieser Abstand ist, desto mehr Material des Rahmenkörpers ist in einem Bereich von dem gebogenen Abschnitt zu einem oder anderen Ende des Ausbildungsstück des gebogenen Abschnitts ausgebildet, sodass, wenn Fluiddruck, thermische Expansion und dergleichen in einer Belastung resultieren, die in einer Längsrichtung des Ausbildungsstücks des gebogenen Abschnitts wirken, ein Verformen weniger einfach auftritt und ein Reißen unterdrückt ist. Folglich entsprechend dem obigen Aspekt kann ein Reißen, Verformen und dergleichen, die an dem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes verursacht werden (dem Ausbildungsabschnitt des gebogenen Abschnitts insbesondere) weiter unterdrückt werden.
• (7) Als ein Aspekt des obigen Rahmenkörpers weist der Rahmenkörper ein paar lange Stücke einander gegenüber und ein paar kurze Stücke auf, welche die Enden der lange Stücke verbinden und eine Ecke, die durch das lange Stück und kurze Stück ausgebildet wird, weist mindestens einen gebogenen Abschnitt auf, der oben beschrieben ist.
• Die Ecke, die durch das lange Stück und das kurze Stück ausgebildet ist, weist eine große Festigkeit auf und ist folglich gegen eine Deformation widerstandsfähig. Wenn der gebogene Abschnitt des Schlitzes an der Ecke des Rahmenkörpers ausgebildet ist, und Fluiddruck, thermische Expansion und dergleichen in einer Belastung resultieren, die an einem Stück wirken, welches den Rahmenkörper bildet, tritt ein Verformen weniger leicht auf und ein Reißen ist unterdrückt. Folglich entsprechend dem obigen Aspekt kann ein verformen, Reißen und dergleichen an dem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes weiter unterdrückt werden.
• (8) Ein Zellenrahmen für eine Redox-Flussbatterie entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: den Rahmenkörper entsprechend einem der Elemente (1) bis (7); und eine bipolare Platte, die in der Öffnung des Rahmenkörpers eingefasst 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, während ein Nebenstromverlust durch das Elektrolyt verhindert werden kann, und eine Verformung, die an einem Schlitzabschnitt verursacht wird, kann unterdrückt werden.
• (9) Eine Redox-Flussbatterie entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst einen Zellenrahmen für eine Redox-Flussbatterie entsprechend dem obigen Element (8).
• 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, während ein Nebenstromverlust das Elektrolyt reduziert werden kann und eine Belastung, die an dem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes verursacht wird, kann auch unterdrückt werden.
• [Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
• Ein spezielles Beispiel des 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 vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist und dazu gedacht ist, Modifikationen, die in der Bedeutung und dem Umfang, der durch die Begriffe der Ansprüche und ein Äquivalent der Begriffe der Ansprüche enthalten sind, zu umfassen.
• [Erste Ausführungsform]
• <Rahmenkörper>
• Mit Bezug zu 1 bis 3 wird ein Rahmenkörper und ein 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 einander gegenüber und ein paar kurze Stücke 22S aufweist, welche die Enden der langen Stücke 22L verbinden, und eine Öffnung 22o ist in dem Rahmenkörper ausgebildet. Eine bipolare Platte 21, die später beschrieben wird, ist die Öffnung 22o eingesetzt. Rahmenkörper 22 ist zum Beispiel aus einem Vinylchloridkunststoff, Polypropylen, Polyethylen, Fluoro-Kunststoff, Epxidkunststoff oder anderen ähnlichen Kunststoffen oder Gummis oder dergleichen ausgebildet.
• Rahmenkörper 22 beinhaltet einen Durchgang 200 (Durchgänge 201–204), der die vordere und hintere Seite des Rahmenkörpers durchdringt und durch den ein Elektrolyt fließen kann, und einen Schlitz 210 (Schlitze 211–214), der an einer Oberfläche des Rahmenkörpers ausgebildet ist und einen Kanal zwischen Durchgang 200 und Öffnung 22o für das Elektrolyt 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 Rahmenkörper 22 an einem langen Stück 22L (in 1 ein unteres langes Stück) ausgebildet und Durchgänge 203, 204 sind in Rahmenkörper 22 an dem anderen langen Stück 22L (in 1 ein oberes langes Stück) ausgebildet. Schlitze 211, 213 sind an Rahmenkörper 22 an einer Oberflächenseite ausgebildet und Schlitz 211 ist an einem langen Stück 22L ausgebildet und Schlitz 213 ist in einem anderen langen Stück 22L ausgebildet. Die Schlitze 212, 214 sind an dem Rahmenkörper 22 an der anderen Oberflächenseite ausgebildet und Schlitz 212 ist an einem langen Stück 22L und Schlitz 214 ist an dem anderen langen Stück 22L ausgebildet. Schlitze 211–114 weisen ihre jeweiligen Enden jeweils verbunden mit Durchgängen 201–204 und die anderen Enden verbunden mit Öffnung 22o auf und Schlitze 211–214 verbinden jeweils Durchgänge 201–204 und die 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.
• (Planare Form des Schlitzes)
• 1 zeigt in einem Kreis eine vergrößerte Aufsicht von Schlitz 210 (211) in dem Rahmenkörper entsprechend der ersten Ausführungsform. 1 zeigt eine ebene/planare Form von Schlitz 211. Darüber hinaus zeigt 3 eine Querschnittsform von Schlitz 210 und es ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht, die entlang Linie III-III gemacht wurde, die in 1 gezeigt wurde. Wie in 1 gezeigt, weist der Schlitz 210 mindestens einen gebogenen Abschnitt 35 auf. Im Folgenden mit Bezug zu 1 und 3 ist eine planare Form des Schlitzes 210 der ersten Ausführungsform besonders beschrieben.
• Schlitz 210 (211) der ersten Ausführungsform weist einen einzelnen gebogenen Abschnitt 35 und einen Verbindungsabschnitt 36 zwischen dem gebogenen Abschnitt 35 und Öffnung 22o auf (Kammer 24 in Zellenrahmen 20, der in 2 gezeigt ist). Insbesondere ist Schlitz 210 der ersten Ausführungsform in der Form des Buchstaben L, wie in 1 gezeigt, und aus einem geraden Abschnitt, der sich von dem Durchgang 200 (201) in einer Längsrichtung (in 1 eine Längsrichtung) des langen Stücks 22L des Rahmenkörpers 22 erstreckt, einem gebogenen Abschnitt 35, der mit diesem geraden Abschnitt verbunden ist, und einem Verbindungsabschnitt 36 ausgebildet, der sich in einer Breitenrichtung (einer Richtung orthogonal zu der Längsrichtung) von Stück 22L erstreckt.
• (Gebogener Abschnitt)
• Der gebogene Abschnitt 35 weist einen Krümmungsradius r von 2,0 mm oder mehr und 200 mm oder weniger auf. Schlitz 210 der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, weist den gebogenen Abschnitt 35 auf, der bogenförmig ist und einen zentralen Winkel θ von im Wesentlichen 90° aufweist. Der zentrale Winkel des gebogenen Abschnitts bedeutet ein Winkel, der zwischen zwei Liniensegmenten ausgebildet ist, die das Zentrum des Krümmungsradius des gebogenen Abschnitts und das eine und das andere Ende des gebogenen Abschnitts verbinden. Der gebogene Abschnitt 35 weist vorzugsweise einen Krümmungsradius r von 10 mm oder mehr und 60 mm oder weniger auf.
• (Verbindungabschnitt)
• Verbindungabschnitt 36 weist einen Krümmungsradius von mehr als 200 mm (eine Krümmung weniger als 1/200) auf und beinhaltet auch einen geraden Teil (eine Krümmung von null). Schlitz 210, der in 1 gezeigt ist, weist einen Verbindungsabschnitt 36 auf, der gerade ist. Verbindungabschnitt 36 weist vorzugsweise eine Länge von 5 mm oder mehr 200 mm oder weniger auf und vorzugsweise 10 mm oder mehr und 50 mm oder weniger.
• (Querschnittsform des Schlitzes)
• Eine Querschnittsform des Schlitzes 210 ist im Wesentlichen ein Rechteck, das in 3 gezeigt ist. Die Querschnittsform des Schlitzes 210 ist nicht auf ein Rechteck beschränkt und kann zum Beispiel ein Viereck wie ein gleichschenkeliges Trapez, ein Dreieck wie ein gleichschenkeliges Dreieck, ein Halbkreis, eine halbe Ellipse oder dergleichen sein. Insbesondere, wenn der Querschnitt des Schlitzes in der Form eines Trapez ist, dient die Öffnung als eine längere Seite und der Boden als eine untere Seite, ein Dreieck ist, dient der Boden als ein Wendepunkt und die Öffnung als eine Basis, oder eine ähnliche Form ist, ist die Seite, die eine größere Breite aufweist, näher an der Öffnung als eine Seite, die näher am Boden ist. Darüber hinaus kann die Querschnittsform eine angefaste Kante aufweisen oder in einer gekrümmten Oberfläche ausgebildet sein.
• (Tiefe und Breite)
• Der Schlitz 210 weist vorzugsweise eine Tiefe h von 0,5 mm oder mehr und 10 mm oder weniger auf und darüber hinaus 1 mm oder mehr und 5 mm oder weniger. Schlitz 210 weist vorzugsweise eine Breite b von zum Beispiel 0,5 mm oder mehr und 20 mm oder weniger und darüber hinaus 1 mm oder mehr und 8 mm oder weniger auf.
• (Funktion und Effekt)
• Rahmenkörper 22 (Zellenrahmen 20) entsprechend der ersten Ausführungsform, der den Schlitz 210 aufweist, der einen Abschnitt mit dem gebogenen Abschnitt 35 aufweist, kann eine größere Schlitzlänge als ein einzelner gerader Schlitz aufweisen und kann folglich einen Nebenstromverlust reduzieren. Darüber hinaus kann der gebogener Abschnitt 35, der einen Radius von 2 mm oder mehr und 200 mm oder weniger aufweist, die Wärmeabfuhr des Elektrolyts in dem Schlitz verbessern und eine Verformung unterdrücken, die in dem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes verursacht wird. Insbesondere ermöglicht, dass der gebogene Abschnitt 35 einen Krümmungsradius r von 2,0 mm oder mehr aufweist, dass der Ausbildungsbereich des gebogenen Abschnitts 35 in der Ebene des Rahmenkörpers 22 (oder der längeren Seite 22L) (d. h. ein Bereich, der in der Figur, die in 1 eingekreist ist, schraffiert ist) groß ist und ermöglicht dem Ausbildungsabschnitt des gebogenen Abschnitts 35 eine erhöhte Wärmekapazität aufzuweisen. Dies ermöglicht dem Ausbildungsabschnitt des gebogenen Abschnitts eine erhöhte Menge der Wärme von dem Elektrolyt abzuleiten und folglich weniger dafür anfällig zu sein, die Wärme einzugrenzen. Folglich kann die Wärmeableitung des Elektrolyts verbessert werden und eine Erhöhung der Temperatur des Elektrolyts kann unterdrückt werden und entsprechend können ein Ausfallen einer Elektrolytkomponente, ein Aufweichen und ein Deformieren des Rahmenkörpers und dergleichen unterdrückt werden.
• Im Gegensatz dazu, denn Rahmenkörper 22, der den gebogenen Abschnitt 35 mit einem Krümmungsradius r von 200 mm oder weniger aufweist, eine Zugdehnung/Belastung ausgesetzt ist, die von einem Fluiddruck, einer thermischen Expansion oder dergleichen resultiert, ist eine Komponente einer Kraft, die an den gebogenen Abschnitt 35 des Schlitzes 210 in einer normalen Richtung (d. h. in der Breitenrichtung des Schlitzes) wirkt, verändert. Insbesondere für den Rahmenkörper 22, der in 1 gezeigt ist, zum Beispiel wenn eine Belastung in der Längsrichtung der längeren Seite 22L wirkt, ist eine Kraft in dem gebogenen Abschnitt 35 in der normalen Richtung und der tangentialen Richtung verteilt und eine Belastung, die an dem Ausbildungsabschnitt des gebogenen Abschnitts(eine Nähe von beiden Seiten des Schlitzes an dem gebogenen Abschnitt 35) in der Breitenrichtung des Schlitzes aufgebracht wird, ist so reduziert, dass sie klein ist. Entsprechend kann eine Verformung, die an dem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes verursacht wird, unterdrückt werden und ein Reißen kann unterdrückt werden.
• Darüber hinaus, da Schlitz 210 (Flüssigkeitszufuhrschlitz 211) einen Verbindungsabschnitt 36 aufweist, kann eine Trägheit, die aufgenommen wird, wenn das Elektrolyt durch den gebogenen Abschnitt 35 fließt, ausgeglichen werden und eine Störung des Flusses des Elektrolyts, das in die Kammer 24 eingeführt wird kann unterdrückt werden.
• Insbesondere, da der Verbindungsabschnitt 36 eine Länge von 5 mm oder mehr aufweist, kann eine Störung des Flusses des Elektrolyts, das in die Kammer 24 eingeführt wird, effektiv unterdrückt werden und ein hoher Anpassungseffekt für den Fluss kann erhalten werden. Darüber hinaus kann mit einem Verbindungsabschnitt 36, der eine Länge von 200 mm oder weniger aufweist, wenn eine Dehnungsbelastung anliegt, eine Gesamtbelastung, die in der Nähe von beiden Seiten des Schlitzes an dem Verbindungsabschnitt 36 wird, klein sein. Entsprechend kann eine Verformung, die an dem Ausbildungsabschnitt des Verbindungsabschnitts 36 verursacht wird, unterdrückt werden und ein Reißen kann unterdrückt werden.
• Darüber hinaus ermöglicht der Schlitz 210, der eine Tiefe h von 0,5 m oder mehr aufweist, dass der Schlitz mit fixierter Breite w eine erhöhte Querschnittsfläche aufweist und folglich einen reduzierten Druckverlust ermöglicht. Darüber hinaus ermöglicht der Schlitz 210, der eine Breite w von 0,5 mm oder mehr aufweist, dass der Schlitz mit fixierter Tiefe h eine erhöhte Querschnittsfläche aufweist und folglich einen reduzierten Druckverlust ermöglicht. Mit dem reduzierten Druckverlust ist eine Trägheit, die aufgenommen wird, wenn das Elektrolyt durch den gebogenen Abschnitt 35 läuft, reduziert, was einen Anpassungseffekt für den Fluss, der in dem Verbindung 36 bereitgestellt ist, verbessern kann. Darüber hinaus, da der Schlitz 210 eine Tiefe h von 10 mm oder weniger und eine Breite b von 20 mm oder weniger aufweist, kann eine Reduktion der Festigkeit an dem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes des Rahmenkörpers 22 unterdrückt werden und ein Verformen, Reißen und dergleichen durch Fluiddruck, thermische Expansion und dergleichen kann ferner unterdrückt werden.
• Als nächstes werden basierend auf 4 und 5 andere Beispiele von planaren Formen des Schlitzes 210 beschrieben. Im Folgenden wird Schlitz 210 beschrieben, sodass eine solche Konfiguration ähnlich zu der oben beschriebenen ersten Ausführungsform identisch bezeichnet wird und nicht beschrieben wird und hauptsächlich unterschiedliche Punkte zu der ersten Ausführungsform beschrieben werden.
• [Zweite Ausführungsform]
• Die erste Ausführungsform, die in 1 gezeigt wurde, wurde mit Bezug zu einem Beispiel beschrieben, in welchem der gebogene Abschnitt 35 des Schlitzes 210 andem Rahmenkörper 22 an dem langen Stück 22L ausgebildet ist. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform, in welcher der gebogene Abschnitt 35 an einer Ecke 22C des Rahmenkörpers 22 ausgebildet ist, an welcher sich das lange Stück 22L und das kurze Stück 22S kreuzen.
• Schlitz 210 der zweiten Ausführungsform, der in 4 gezeigt ist, ist in der Form eines Buchstaben J ausgebildet und der gebogene Abschnitt 35 ist in der Form eines halbkreisförmigen Bogens und weist einen zentralen Winkel von im Wesentlichen 180° auf. Darüber hinaus weisen in dem Fall der zweiten Ausführungsform, der in Fig. vier gezeigt ist, die Flüssigkeitsschlitze 211, 212 jeweils den Verbindungsabschnitt 36 verbunden mit der Öffnung 22o an einer Seitenkante eines unteren Endabschnitts auf und Flüssigkeitsablassschlitze 213, 214 weisen jeweils den Verbindungsabschnitt 36 verbunden mit der Öffnung 22o an einer Seitenkanten eines oberen Endabschnitts auf.
• Ecke 22C des Rahmenkörpers 22 ist gegen eine Deformation durch Dehnungsbelastung, die von einem Fluiddruck, thermische Expansion oder dergleichen resultiert resistent. In der zweiten Ausführungsform ist der gebogene Abschnitt 35 des Schlitzes 210 an der Ecke 22C ausgebildet und der gebogene Abschnitt ist folglich gegen eine Verformung resistent.
• [Dritte Ausführungsform]
• Während die erste Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, mit Bezug zu einem Beispiel beschrieben wurde, in welchem Schlitz 210 einen einzelnen gebogenen Abschnitt 35 aufweist, können mehrere gebogene Abschnitte 35 bereitgestellt sein. In einer dritten Ausführungsform, die in 5 gezeigt ist, wird ein Aspekt beschrieben, in welchem Schlitz 210 mehrere gebogene Abschnitte 35 aufweist.
• Schlitz 210 der dritten Ausführungsform, die in 5 gezeigt ist, weist mehrere gebogene Abschnitte 35 auf und weist einen Verbindungsabschnitt 36 zwischen einem gebogenen Abschnitt 35c der gebogenen Abschnitte 35 auf, der am nächsten zu der Öffnung 22o und Öffnung 22o ist. Der Schlitz 210, der mehrere gebogene Abschnitte 35 aufweist, kann eine längere Schlitzlänge aufweisen und ermöglicht es, einen Nebenstromverlust weiter zu reduzieren. Der gebogene Abschnitt 35 weist einen zentralen Winkel von zum Beispiel 60° oder mehr und 300° oder weniger auf und darüber hinaus 80° oder mehr und 180° oder weniger auf auch.
• Im folgenden wird eine Redox-Flussbatterie beschrieben, die einen Zellenrahmen entsprechend der Ausführungsform aufweist, der oben beschrieben wurde. Wenn der Zellenrahmen an der Redox-Fluss Batterie angewendet wird, wird dieser in der Form eines Zellenstapels verwendet, der so ausgebildet ist, dass diese aus einem Zellenrahmen, einer positiven Elektrode, einer Ionentauschermembran und einer negativen Elektrode gebildet ist, jeweils in mehreren Schichten gestapelt sind (siehe 10). Und auf eine Konfiguration wird Bezug genommen, in welcher die Redox-Flussbatterie diesen Zellenstapel beinhaltet.
• [Beispielhafte Testberechnung 1]
• Die Wärmeabfuhrleistung und eine Menge der Verformung, wenn der Schlitz einen gebogenen Abschnitt aufweist, der in dem Krümmungsradius variiert wird, wurden untersucht. Untersuchungsbedingungen sind im folgenden dargestellt.
• In der beispielhaften Testberechnung 1 wurde ein Modell eines Schlitzes 210, der einen gebogenen Abschnitt 35 aufweist, wie in 6 gezeigt, verwendet, um die Wärmeabfuhrleistung und die Menge der Verformung an dem gebogenen Abschnitt 35 zu bewerten, wenn der Krümmungsradius r des gebogenen Abschnitts 35 in einem Bereich von 1 mm bis 300 mm variiert wurde. Schlitz 210 hat einen gebogenen Abschnitt 35 mit einer planare Form von einem Viertel eines Bogens (mit einem zentralen Winkel von 90°). Darüber hinaus weist der Schlitz 210 eine Querschnittsform in der Form eines Rechtecks mit der Tiefe h von 1 mm und Breite w von 4 mm auf.
• (Wärmeabfuhrleistung)
• Die Wärmeabfuhrleistung wurde durch ein Verhältnis einer Menge einer Wärme durch das Elektrolyt in dem gebogenen Abschnitt 35 und einer Wärmekapazität des Ausbildungsabschnitts des gebogenen Abschnitts 35 in dem Rahmenkörper 22 bewertet (eine Erhöhungsrate der Temperatur ΔT, die später beschrieben wird). Eine Wärmemenge Q, die durch das Elektrolyt in dem gebogenen Abschnitt 35 generiert wurde, und eine Wärmekapazität C des Ausbildungsabschnitts gebogenen Abschnitts 35 wurden wie folgt erhalten:
  (Wärmemenge, die durch das Elektrolyt generiert wurde) die Wärmemenge Q (W), die generiert wurde, wurde durch den elektrischen Widerstand R (Ω) des Elektrolyts in dem gebogenen Abschnitt 35 und einer Spannung im Schlitz v (V) erhalten. Der elektrische Widerstand R wird durch den spezifischen Widerstand ρ (Ω·cm) durch die folgende Gleichung berechnet: R = ρ × (πr/2) × (1/wh). [Ausdruck 1]
• Und die Wärmemenge Q, die generiert wird, wird durch den folgenden Ausdruck berechnet:: Q = v²/R = v² × (2wh/ρπr). [Ausdruck 2]
• Der spezifische Widerstand ρ, der in dem obigen Ausdruck verwendet wird, ist auf 3,82 Ω·cm von dem spezifischen Widerstand des V-basierten Elektrolyts, das als ein Elektrolyt einer RF Batterie verwendet wird, gesetzt. Die Spannung im Schlitz v (V) ist auf 10,5 V von einer Spannung gesetzt, die durch Stapeln von 30 Einheitszellen einer typische RF Batterie in Schichten erhalten wird.
• (Wärmekapazität des Ausbildungsabschnitts des gebogenen Abschnitts)
• Die Wärmekapazität C (J/°C) wird von der spezifischen Wärmekapazität Cp (J/cm3·°C) des Rahmenkörpers 22 und eines Volumens V des Ausbildungsabschnitts des gebogenen Abschnitts (cm³) erhalten. Die spezifische Wärmekapazität Cp wird aus der spezifischen Wärme c (J/kg·°C) des Rahmenkörpers 22 und einer Dichte d (g/cm³) davon durch den folgenden Ausdruck berechnet: Cp = c × d. [Ausdruck 3]
• Das Volumen V ist ein Volumen des Rahmenkörpers 22 an dem Ausbildungsbereich des gebogenen Abschnitts 35 des Rahmenkörpers (ein Bereich, der in 6 schraffiert ist) und wird durch den folgenden Ausdruck berechnet. Der Rahmenkörper 22 weist eine Dicke t von 5 mm zum Zwecke der Darstellung auf. V = (πr²/4) × t [Ausdruck 4] und die Wärmekapazität C wird durch den folgenden Ausdruck berechnet: C = Cp × V = Cp × (πr²t/4). [Ausdruck 5]
• Für die spezifische Wärme c und die spezifische Dichte d, die für den obigen Ausdruck verwendet wurde, wurde ein Rahmenkörper 22, der aus einem Vinylchloridkunststoff ausgebildet ist, angenommen und die spezifische Wärme c ist auf 840 J/kg·°C gesetzt und die Dichte d ist auf 1.4 g/cm³ gesetzt.
• (Erhöhungsrate der Temperatur)
• Aus der generierten Wärmemenge Q (W) und der Wärmekapazität C (J/°C), die unter Verwendung des obigen Ausdrucks berechnet wurde, wurde eine Erhöhungsrate ΔT (°C/s) durch den folgenden Ausdruck berechnet: ΔT = Q/C = (v² × 2wh/ρπr)/(Cp × (πr²t/4)) = (v² × 2wh × 4)/(ρπr × Cp × πr²t) = (8v²/ρπ²Cp) × (wh/r³t). [Ausdruck 6]
• <Bewertung der Wärmeabfuhrleistung>
• Der Krümmungsradius r des gebogenen Abschnitts 35 wurde in einem Bereich von 1 mm bis 100 mm variiert und die Erhöhungsrate der Temperatur ΔT (°C/s) wurde berechnet und darauf basierend wurde eine Wärmeabfuhrleistung bewertet. Eine kleinere Erhöhungsrate der Temperatur ΔT bedeutet eine höhere Wärmeabfuhrleistung. Die Wärmeabfuhrleistung wurde als „A“ bewertet für eine Erhöhungsrate der Temperatur ΔT, die einen Wert von 10°C/s oder weniger aufweist, als „B“ bewertet für eine Erhöhungsrate der Temperatur ΔT, die einen Wert von 500°C/s oder weniger aufweist und als „C“ für sonstiges bewertet. Werte der Erhöhungsrate ΔT der Temperatur und eine Bewertung der Wärmeabfuhrleistung sind in Tab. 1 gezeigt.
• (Menge der Verformung)
• Eine Menge der Verformung wurde durch eine gesamte Last P durch einen Fluiddruck, der an dem Ausbildungsabschnitt des gebogenen Abschnitts 35 aufgebracht wurde, bewertet. Die Last P(N) wurde durch Integrieren eines Bereichs von 0 ≤ θ ≤ π/2 einer Last durch einen Einheitsfluiddruck p (N/mm) der an einem kleinen Abschnitt eines zentralen Winkels dθ an dem gebogenen Abschnitt 35 an der XY-Ebene aufgebracht wurde, wie in 7 gezeigt, berechnet. In diesem Fall, wenn Last P in der x Richtung und der Y Richtung geteilt wurde, wie in 7 gezeigt, kann die Last P als ein Produkt des Einheitsfluiddrucks p (N/mm) und des Krümmungsradius r durch die folgende Gleichung dargestellt werden: (X Richtung) P = ∫(p × r·cosθdθ) = p × r (Y Richtung) P = ∫(p × r·sinθdθ) = p × r [Ausdruck 7]
• Der Einheitsfluiddruck p (N/mm) ist als ein Produkt des Fluiddruck σ (MPa) und der Tiefe h des Schlitzes in Millimetern durch den folgenden Ausdruck bereitgestellt. Beachte, dass der Fluiddruck σ auf 0.5 MPa gesetzt ist. p = σ × h [Ausdruck 8]
• (Last)
• Durch den folgenden Ausdruck wird die Last P (N) an dem gebogenen Abschnitt 35 berechnet und diese Last P wird als P_r dargestellt. P = p × r = σ × h × r [Ausdruck 9]
• <Bewertung der Verformungsmenge>
• Der Krümmungsradius r des gebogenen Abschnitts 35 wurde in dem Bereich von 1 mm bis 300 mm variiert und die Last P_r (N) wurde darauf basierend berechnet und die Menge der Verformung wurde bewertet. Eine kleinere Last P_r bedeutet eine kleinere Verformung an dem gebogenen Abschnitt 35. Die Menge der Verformung wurde als „A“ für Lasten P_r, die einen Wert von 50 (N) oder weniger aufweisen, „B“ für Lasten P_r, die einen Wert von 100 (N) oder weniger aufweisen, und sonst mit „C“ bewertet. Werte der Last P_r und eine Bewertung der Menge der Verformung sind in Tab. 1 gezeigt.
• <Gesamtbewertung>
• Gebogene Abschnitte, die Krümmungsradien aufweisen, die in Tabelle 1 gezeigt sind, wurden einer Gesamtbewertung basierend auf einer Bewertung der Wärmeabfuhrleistung und einer Menge der Verformung bewertet. Die Gesamtbewertung ist wie folgt: „A“ wenn die Wärmeabfuhrleistung und die Menge der Verformung beide als „A“ bewertet wurden (oder kein „B“ oder „C“ vorhanden ist); „B“ wenn mindestens eines die Wärmeabfuhrleistung und die Menge der Verformung als „B“ bewertet wurde und kein „C“ vorliegt; und „C“ wenn mindestens eines die Wärmeabfuhrleistung und die Menge der Verformung als „C“ bewertet wurde. Ein Ergebnis davon ist in Tab. 1 gezeigt. [Tabelle 1]

  Krümmungsradius des gebogenen Abschnitts		r (mm)
  		1.0	2.0	10	60	200	300
  Wärmeabfuhrleistung	ΔT	1593	199	1.6	7.4 × 10–3	2.0 × 10–4	5.9 × 10–5
  	Bewertung	C	B	A	A	A	A
  Belastungsmenge	Pr	0.5	1	5	30	100	150
  	Bewertung	A	A	A	A	B	C
  Gesamtbewertung		C	B	A	A	B	C

• Aus dem Ergebnis der beispielhaften Testberechnung 1, die in Tabelle 1 gezeigt ist, kann gesehen werden, dass ein gebogener Abschnitt, der einen größeren Krümmungsradius r aufweist, ermöglicht, dass eine Erhöhungsrate der Temperatur ΔT einen kleineren Wert aufweist und folglich eine höhere Wärmeabfuhrleistung ermöglicht und ein gebogener Abschnitt, der einen kleineren Krümmungsradius aufweist ermöglicht, dass eine Last P_r einen kleineren Wert aufweist und folglich eine kleinere Verformungsmenge ermöglicht. Und wenn der Radius der Krümmung r 2 mm oder mehr und 100 mm oder weniger ist, wird angenommen, dass die Verbesserung der Wärmeabfuhr und die Reduktion der Menge der Verformung zusammen erhalten werden kann. Insbesondere wenn der Krümmungsradius r 10 mm oder mehr und 60 mm oder weniger ist, kann eine Verbesserung der Wärmeabfuhr und eine Reduktion einer Verformungsmenge zusammen mit einem hohen Wert erhalten werden.
• [Beispielhafte Testberechnung 2]
• Ein Anpassungseffekt für einen Fluss und eine Menge der Verformung, wenn ein Schlitz einen Verbindungsabschnitt aufweist, der in seiner Länge variiert, wird bewertet. Die Bewertungsbedingungen sind im Folgenden dargelegt.
• In einer beispielhaften Testberechnung 2 ist ein Modell des Schlitzes 210, der einen gebogenen Abschnitt 35 und einen Verbindungsabschnitt 36, wie in 8 gezeigt, aufweist, verwendet worden, um und ein Anpassungseffekt des Flusses und eine Verformungsmenge des Verbindungsabschnitts 36 zu analysieren und zu bewerten, wenn die Länge eines Verbindungsabschnitts 36 in einem Bereich von 1 mm bis 300 mm variiert wird. Der Schlitz 210 weist einen gebogenen Abschnitt 35 in einer planaren Form von einem Viertel eines Bogens (mit einem zentralen Winkel von 90°) und einem Krümmungsradius r von 50 mm auf und weist einen Verbindungsabschnitt 36 in der Form einer geraden Linie auf. Darüber hinaus weist der Schlitz 210 eine Querschnittsform in der Form eines Rechtecks mit einer Tiefe h von 1 mm und einer Breite w von 4 mm auf.
• (Anpassungseffekt für den Fluss)
• Der Anpassungseffekt des Flusses wurde durch ein Verhältnis einer Zentrifugalkraft, die auf das Elektrolyt wirkt, das durch den gebogenen Abschnitt 35 fließt, und der Länge des Verbindungsabschnitts 36 (d. h. Ein Grad des Drifts D, der später beschrieben wird) bewertet. Die Zentrifugalkraft F, die auf das Elektrolyt wirkt, wird wie folgt erhalten:
• (Zentrifugalkraft des Elektrolyts)
• Die Zentrifugalkraft F (N/m³) wurde mit der Dichte des Elektrolyts m (kg/m³) und der Flussgeschwindigkeit des Elektrolyts u in (m/s) durch den folgenden Ausdruck berechnet: F = m × (u²/r). [Ausdruck 10]
• Wenn die Flussrate des Elektrolyts Q (L/min) ist, ist die Flussgeschwindigkeit u (m/s) durch den folgenden Ausdruck geben: u = Q/(h × w). [Ausdruck 11]
• In dem obigen Ausdruck ist die Dichte mit 1400 kg/m³ angenommen worden und die Flussrate Q ist mit 1 L/min angenommen worden.
• (Grad des Drifts)
• Ein Verhältnis der Zentrifugalkraft F (N/m³), die auf das Elektrolyt wirkt, und einer Länge a (mm) des Verbindungsabschnitts 36 ist als ein Grad des Drifts D definiert, und ein Grad des Drifts D (N/m⁴) wird durch den folgenden Ausdruck berechnet: D = F/a. [Ausdruck 12]
• <Bewertung des Anpassungseffekts des Flusses>
• Die Länge a (mm) des Verbindungsabschnitts 36 wurde in einem Bereich von 1 mm bis 300 mm variiert und ein Grad des Drifts D (N/m⁴) wurde berechnet und darauf basierend wurde ein Anpassungseffekt des Flusses bewertet. Ein kleinerer Grad des Drifts D bedeutet einen höheren Anpassungseffekt für den Fluss. Der Anpassungseffekt für den Fluss wurde wie folgt bewertet: „A“ für einen Grad des Drifts, der einen Wert von 5.0 × 10⁷ (N/m⁴) oder weniger aufweist; „B“ für einen Grad des Drifts, der einen Wert von 1.0 × 10⁸ (N/m⁴) oder weniger aufweist; und „C“ sonst. Werte des Grads D des Drifts und eine Bewertung des Anpassungseffekts des Flusses sind in Tabelle 2 gezeigt.
• (Verformungsmenge)
• Die Verformungsmenge wurde durch eine gesamte Last P durch einen Fluiddruck, der an dem Ausbildungsabschnitt des Verbindungsabschnitt 36 aufgebracht ist, bewertet. Last P(N) an dem Verbindungsabschnitt 36 wird als ein Produkt eines Fluiddrucks p (N/mm) und einer Länge a (mm) durch den folgenden Ausdruck dargestellt: P = p × a. [Ausdruck 13]
• Ein Einheitsfluiddruck p (N/mm) ist als ein Produkt des Fluiddrucks σ (MPa) und der Tiefe des Schlitzes h (mm) durch σ x h bereitgestellt, wie in der beispielhaften Testberechnung 1. Beachte, dass der Fluiddruck σ auf 0.5 MPa gesetzt ist.
• (Last)
• Durch den folgenden Ausdruck ist die Last P (N) berechnet und diese Last wird als P_a bezeichnet. P = p × a = σ × h × a [Ausdruck 14]
• <Bewertung der Verformungsmenge>
• Die Länge a (mm) des Verbindungsabschnitts 36 wurde in einem Bereich von 1 mm bis 300 mm variiert und eine Last P_a (N) wurde darauf basierend berechnet und die Verformungsmenge wurde bewertet. Eine kleinere Last P_a bedeutet eine kleinere Verformung an dem Verbindungsabschnitt. Die Menge der Verformung wurde als „A“ für Lasten P_a, die einen Wert von 50 (N) oder weniger aufweisen, „B“ für Lasten P_a, die einen Wert von 100 (N) oder weniger aufweisen, und sonst mit „C“ bewertet. Werte der Last P_a und eine Bewertung der Menge der Verformung sind in Tab. 1 gezeigt.
• <Gesamtbewertung>
• Verbindungsabschnitte, die Längen aufweisen, die in Tabelle 1 gezeigt sind, wurden einer Gesamtbewertung basierend auf einer Bewertung des Anpassungseffekt der Flussrate und einer Menge der Verformung unterzogen. Die Gesamtbewertung ist wie folgt: „A“ wenn der Anpassungseffekt des Flusses und die Menge der Verformung beide als „A“ bewertet wurden (oder kein „B“ oder „C“ vorhanden ist); „B“ wenn mindestens eines der Anpassungseffekt des Flusses und die Menge der Verformung als „B“ bewertet wurde und kein „C“ vorliegt; und „C“ wenn mindestens eines der Anpassungseffekt des Flusses und die Menge der Verformung als „C“ bewertet wurde. Ein Ergebnis davon ist in Tab. 2 gezeigt. [Tabelle 2]

  Länge des Verbindungsabschnitts		a (mm)
  		1.0	5.0	10	50	200	300
  Flussanpassungseffekt	D	4.86 × 108	9.72 × 107	4.86 × 107	9.72 × 106	2.43 × 106	1.62 × 106
  	Bewertung	C	B	A	A	A	A
  Belastungsmenge	Pa	0.5	2.5	5	25	100	150
  	Bewertung	A	A	A	A	B	C
  Gesamtbewertung		C	B	A	A	B	C

• Dem Ergebnis der beispielhaften Testberechnung 2, die in Tab. 2 gezeigt ist, kann entnommen werden, dass ein Verbindungsabschnitt, der eine größere Länge aufweist, ermöglicht, dass der Grad des Drifts D einen kleineren Wert aufweist, und folglich einen höheren Anpassungseffekt des Flusses ermöglicht, und das, ein Verbindungsabschnitt, der eine kürzere Länge aufweist, ermöglicht, dass die Last P_a einen kleineren Wert aufweist, und folglich eine kleinere Verformungsmenge ermöglicht. Und wenn die Länge a 5 mm oder mehr und 100 mm oder weniger ist, wird angenommen, dass ein verbesserter Anpassungseffekt des Flusses und eine Reduktion der Verformungsmenge gleichzeitig vorhanden sein können. Insbesondere wenn eine Länge a 10 mm oder mehr und 50 mm oder weniger ist, kann eine Verbesserung des Anpassungseffekts des Flusses und eine Reduktion der Verformungsmenge gleichzeitig auf einem hohen Level auftreten.
• [Beispielhafte Testberechnung 3]
• Ein Anpassungseffekt des Flusses und eine Verformungsmenge, wenn der Schlitz in seiner Tiefe variiert wurde, wurden bewertet. Die Bewertungsbedingungen sind im Folgenden dargestellt.
• In einer beispielhaften Testberechnung 3 wurde das Modell aus 8, dass in der beispielhaften Testberechnung 2 verwendet wurde, verwendet, um einen Anpassungseffekt des Flusses durch den Verbindungsabschnitt 36 und eine Verformungsmenge an dem gebogenen Abschnitt 35 zu analysieren und bewerten, wenn die Tiefe h des Schlitzes 210 in einem Bereich von 0,1 mm bis 15 mm wird wurde. Schlitz 210 weist einen gebogenen Abschnitt 35 mit einer planaren Form von einem Viertel eines Bogens (mit einem zentralen Winkel von 90°) und einen Krümmungsradius r von 20 mm auf. Der Verbindungsabschnitt 36 ist gerade und weist eine Länge von 50 mm auf. Darüber hinaus weist der Schlitz 210 eine Querschnittsform in der Form eines Rechtecks mit einer Breite w von 4 mm auf.
• <Bewertung des Anpassungseffekts des Flusses>
• Der Anpassungseffekt des Flusses wurde wie folgt bewertet: Der Ausdruck, der in der beispielhaften Testberechnung 2 beschrieben ist, wurde verwendet, um den Grad des Drifts D (N/m⁴) zu berechnen, wobei die Tiefe h des Schlitzes in einem Bereich von 0,1 mm bis 15 mm variiert wurde, und darauf basierend wurde ein Anpassungseffekt des Flusses bewertet. Ein kleinerer Grad des Drifts D bedeutet einen höheren Anpassungseffekt für den Fluss. Der Anpassungseffekt für den Fluss wurde wie folgt bewertet: „A“ für einen Grad des Drifts, der einen Wert von 5.0 × 10⁷ (N/m⁴) oder weniger aufweist; „B“ für einen Grad des Drifts, der einen Wert von 1.0 × 10⁸ (N/m⁴) oder weniger aufweist; und „C“ sonst. Werte des Grads D des Drits und eine Bewertung des Anpassungseffekts des Flusses sind in Tab. 3 gezeigt.
• <Bewertung der Verformungsmenge>
• Die Menge der Verformung wurde wie folgt bewertet: Der Ausdruck, der für die beispielhafte Testberechnung 1 beschrieben wurde, wurde verwendet, um eine Last P_r (N) zu berechnen, wobei die Tiefe h des Schlitzes in einem Bereich von 0,1 mm bis 15 mm variiert wurde, und darauf basierend wurde die Verformungsmenge bewertet. Die Menge der Verformung wurde als „A“ für Lasten P_r, die einen Wert von 50 (N) oder weniger aufweisen, „B“ für Lasten P_r, die einen Wert von 100 (N) oder weniger aufweisen, und sonst mit „C“ bewertet. Werte der Last P_r und eine Bewertung der Menge der Verformung sind in Tab. 3 gezeigt.
• <Gesamtbewertung>
• Schlitz, die Tiefen aufweisen, die in Tabelle 1 gezeigt sind, wurden einer Gesamtbewertung basierend auf einer Bewertung der Anpassungseffekt des Flusses und einer Menge der Verformung unterzogen. Die Gesamtbewertung ist wie folgt: „A“ wenn der Anpassungseffekt des Flusses und die Menge der Verformung beide als „A“ bewertet wurden (oder kein „B“ oder „C“ vorhanden ist); „B“ wenn mindestens eines der Anpassungseffekt des Flusses und die Menge der Verformung als „B“ bewertet wurde und kein „C“ vorliegt; und „C“ wenn mindestens eines der Anpassungseffekt des Flusses und die Menge der Verformung als „C“ bewertet wurde. Ein Ergebnis davon ist in Tab. 3 gezeigt. [Tabelle 3]

  Tiefe des Schlitzes		h (mm)
  		0.1	0.5	1.0	5.0	10	15
  Flussanpassungseffekt	D	2.43 × 109	9.72 × 107	2.43 × 107	9.72 × 105	2.43 × 105	1.08 × 105
  	Bewertung	C	B	A	A	A	A
  Belastungsmenge	Pr	1	5	10	50	100	150
  	Bewertung	A	A	A	A	B	C
  Gesamtbewertung		C	B	A	A	B	C

• Dem Ergebnis der beispielhaften Testberechnung 3, die in Tab. 3 gezeigt ist, kann entnommen werden, dass ein Schlitz, der eine größere Tiefe h aufweist, ermöglicht, dass ein Grad des Drifts einen kleineren Wert aufweist, und ermöglicht folglich einen höheren Anpassungseffekt des Flusses, und dass ein Schlitz, der eine kleinere Tiefe h aufweist, ermöglicht, dass die Last gelegt P_r einen kleineren Wert aufweist, und ermöglicht folglich eine kleinere Verformung. Und wenn die Tiefe h 0,5 mm oder mehr und 10 mm weniger ist, wird angenommen, dass die Verbesserung des Anpassungseffekts des Flusses und die Reduktion der Verformungsmenge gleichzeitig erreicht werden kann. Insbesondere, wenn Tiefe h 1 mm oder mehr und 5 mm oder weniger ist, kann eine Verbesserung des Anpassungseffekt des Flusses und eine Reduktion der Verformungsmenge gleichzeitig auf einem hohen Level erhalten werden.
• [Beispielhafte Testberechnung 4]
• Ein Anpassungseffekt für die Flussrate und eine Wärmeabfuhrleistung, wenn Breite des Schlitzes variiert wurde, wurde bewertet.
• In einer beispielhaften Testberechnung 4 wurde das Modell aus 8, dass in der beispielhaften Testberechnung 2 verwendet wurde, verwendet, um einen Fluss Anpassungsdruck durch den Verbindungsabschnitt 36 und eine Wärmeabfuhrleistung an dem gebogenen Abschnitt 35 zu analysieren und bewerten, wenn der Schlitz 210 in seiner Breite in einem Bereich von 0,1 mm bis 25 mm variiert wurde. Schlitz 210 weist einen gebogenen Abschnitt 35 in einer planaren Form von einem Viertel eines Bogens (mit einem zentralen Winkel von 90°) und einen Krümmungsradius r von 10 mm auf. Der Verbindungsabschnitt 36 ist gerade und weist eine Länge von 100 mm auf. Darüber hinaus weist der Schlitz eine Querschnittsform in der Form eines Rechtecks mit einer Tiefe h von 1 mm auf.
• <Bewertung des Anpassungseffekts des Flusses>
• Der Anpassungseffekt des Flusses wurde wie folgt bewertet: Der Ausdruck, der in der beispielhaften Testberechnung 2 beschrieben ist, wurde verwendet, um den Grad des Drifts D (N/m⁴) zu berechnen, wobei die Breite w des Schlitzes in einem Bereich von 0,1 mm bis 25 mm variiert wurde, und darauf basierend wurde ein Anpassungseffekt des Flusses bewertet. Ein kleinerer Grad des Drifts D bedeutet einen höheren Anpassungseffekt für den Fluss. Der Anpassungseffekt für den Fluss wurde wie folgt bewertet: „A“ für einen Grad des Drifts, der einen Wert von 5.0 × 10⁸ (N/m⁴) oder weniger aufweist; „B“ für einen Grad des Drifts, der einen Wert von 1.0 × 10¹⁰ (N/m⁴) oder weniger aufweist; und „C“ sonst. Werte des Grads D des Drifts und eine Bewertung des Anpassungseffekts des Flusses sind in Tab. 4 gezeigt.
• <Bewertung der Wärmeabfuhrleistung>
• Die Wärmeabfuhrleistung wurde wie folgt bewertet: Der Ausdruck, der für die beispielhafte Testberechnung 1 verwendet wurde, wurde verwendet, um die Erhöhungsrate der Temperatur ΔT (°C/s) zu berechnen, wobei die Breite des Schlitzes w in einem Bereich von 0,1 mm bis 25 mm variiert wurde, und darauf basierend wurde die Wärmeabfuhrleistung bewertet. Die Wärmeabfuhrleistung wurde als „A“ bewertet für eine Erhöhungsrate der Temperatur ΔT, die einen Wert von 5°C/s oder weniger aufweist, als „B“ bewertet für eine Erhöhungsrate der Temperatur ΔT, die einen Wert von 8°C/s oder weniger aufweist und als „C“ für sonstiges bewertet. Werte der Erhöhungsrate ΔT der Temperatur und eine Bewertung der Wärmeabfuhrleistung sind in Tab. 4 gezeigt.
• <Gesamtbewertung>
• Schlitze, die Breiten aufweisen, die in Tabelle 1 gezeigt sind, wurden einer Gesamtbewertung basierend auf einer Bewertung der Wärmeabfuhrleistung und eines Anpassungseffekts des Flusses unterzogen. Die Gesamtbewertung ist wie folgt: „A“ wenn der Anpassungseffekt des Flusses und die Wärmeabfuhrleistung beide als „A“ bewertet wurden (oder kein „B“ oder „C“ vorhanden ist); „B“ wenn mindestens eines der Anpassungseffekt des Flusses und die Wärmeabfuhrleistung als „B“ bewertet wurde und kein „C“ vorliegt; und „C“ wenn mindestens eines der Anpassungseffekt des Flusses und die Wärmeabfuhrleistung als „C“ bewertet wurde. Ein Ergebnis davon ist in Tab. 4 gezeigt. [Tabelle 4]

  Breite des Schlitzes		w (mm)
  		0.1	0.5	1.0	8.0	20	25
  Flussanpassungseffekt	D	3.89 × 1010	1.56 × 109	3.89 × 108	6.08 × 106	9.72 × 105	6.22 × 105
  	Bewertung	C	B	A	A	A	A
  Wärmeabfuhrleistung	ΔT	0.040	0.199	0.398	3.186	7.965	9.957
  	Bewertung	A	A	A	A	B	C
  Gesamtbewertung		C	B	A	A	B	C

• Dem Ergebnis der beispielhaften Testberechnung 4, das in 4 gezeigt ist, kann entnommen werden, dass ein Schlitz, der eine größere Breite aufweist, ermöglicht, dass der Grad des Drifts einen kleineren Wert aufweist, und erlaubt folglich einen höheren Anpassungseffekt des Flusses, und dass ein Schlitz, der eine kleinere Breite w aufweist, ermöglicht, dass Erhöhungsrate der Temperatur einen kleineren Wert aufweist, und folglich eine höhere Wärmeabfuhrleistung ermöglicht. Und wenn die Breite w 0,5 mm oder mehr und 20 mm oder weniger ist, wird angenommen, dass die Verbesserung des Anpassungseffekts der Flussrate und eine Verbesserung in der Wärmeabfuhr gleichzeitig erhalten werden können. Insbesondere wenn die Breite w 1 mm oder mehr und 8 mm oder weniger ist, können eine Verbesserung des Anpassungseffekte Flussrate und eine Verbesserung der Wärmeabfuhr gleichzeitig auf einem hohen Level erreicht werden.
• INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
• Der Rahmenkörper und Zellenrahmen 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

Durchgang;

113

Pumpe

20

Zellenrahmen

21

bipolare Platte

22

Rahmenkörper

22L

langes Stück;

22S

kurzes Stück;

22o

Öffnung

24

Kammer

200

Durchgang

201, 202

Flüssigkeitszufuhrdurchgang

203, 204

Flüssigkeitsablassdurchgang

210

Schlitz

211, 212

Flüssigkeitszufuhrschlitz

213, 214

Flüssigkeitsablassschlitz

35, 35a–35c

gebogener Abschnitt

36

Verbindungsabschnitt

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 (9)

1. Rahmenkörper zur Verwendung in einer Zelle einer Redox-Flussbatterie, umfassend: eine Öffnung, die in dem Rahmenkörper ausgebildet ist; einen Durchgang, durch welchen eine Elektrolyt im Kreis fließen kann; 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 mindestens einen gebogenen Abschnitt aufweist, dessen Krümmungsradius gleich oder größer als 2 mm und kleiner als oder gleich 200 mm ist.
2. Rahmenkörper nach Anspruch 1, wobei der Schlitz einen Verbindungsabschnitt, der einem Krümmungsradius von mehr als 200 mm aufweist, zwischen dem gebogenen Abschnitt, der am nächsten zu der Öffnung ist, und der Öffnung aufweist.
3. Rahmenkörper nach Anspruch 2, wobei der Verbindungsausschnitt eine Länge von 5 mm oder mehr und 200 mm oder weniger aufweist.
4. Rahmenkörper nach einem der Ansprüche 1–3, wobei der Schlitz eine Tiefe von 0,5 mm oder mehr 10 mm oder weniger aufweist.
5. Rahmenkörper nach einem der Ansprüche 1–4, wobei der Schlitz eine Breite von 0,5 mm oder mehr und 20 mm oder weniger aufweist.
6. Rahmenkörper nach einem der Ansprüche 1–5, der ein Paar lange Stücke, die einander gegenüber sind, und ein Paar kurze Stücke aufweist, welche die langen Stücke an ihren Enden verbinden, wobei das lange Stück mit mindestens einem gebogenen Abschnitt bereitgestellt ist.
7. Rahmenkörper nach einem der Ansprüche 1–6, der ein Paar lange Stücke, die einander gegenüber sind, und ein Paar kurze Stücke aufweist, welche die langen Stücke an ihren Enden verbinden, wobei eine Ecke, die durch das lange Stück und das kurze Stück ausgebildet wird, den mindestens einen gebogenen Abschnitt aufweist.
8. Zellenrahmen für eine Redox-Flussbatterie, umfassend: Rahmenkörper nach einem der Ansprüche 1–7; und eine bipolare Platte, die in der Öffnung des Rahmenkörpers eingesetzt ist, wobei der Rahmenkörper und die bipolare Platte eine Kammer in dem Rahmenkörper ausbilden.
9. Redox-Flussbatterie, einen Zellenrahmen für eine Redox-Flussbatterie nach Anspruch 8 umfassend.

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