JP2001048188A

JP2001048188A - ガス排出弁

Info

Publication number: JP2001048188A
Application number: JP11227235A
Authority: JP
Inventors: Takefumi Itou; 岳文伊藤; Kohei Kawai; 光平河合; Nobuyuki Tokuda; 信幸徳田
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1999-08-11
Filing date: 1999-08-11
Publication date: 2001-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】電解溶液の性能を劣化させずに、電解溶液タ
ンク内の気体を排出して電解溶液タンク内の圧力をほぼ
一定に調節するガス排出弁を提供する。【解決手段】一端が電解溶液タンクに取付けられた配
管部１と、配管部１に接続された容器部２とを備えてい
る。容器部２の配管部１との接続部分には、撥水性多孔
質膜３が設けられている。撥水性多孔質膜３の上面に
は、水４が貯留されている。水４の上面には、不揮発性
流動パラフィン層５が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス排出弁に関
し、特に、電解溶液の貯蔵タンクに設置される、撥水性
多孔質膜を用いたガス排出弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から使用されているレドックスフロ
ー電池システム等の電解溶液タンク内には、貯蔵される
電解溶液とともに、電解溶液の化学反応により発生した
気体が存在することがある。この気体は、電池副反応、
電解溶液温度上昇等により、電池を作動させるにしたが
って、その体積は増加する可能性があるため、この気体
の体積膨張により電解溶液タンク内のガス圧力が上昇す
る可能性がある。このガス圧力が非常に大きくなると電
解溶液タンクを破裂させるような事故を引き起こすこと
も考えられる。そこで、電解溶液タンク内のガス圧力を
調節するために、ガスの圧力に応じてばねの弾性力によ
り隔壁が開口を開閉するガス抜排出弁が設けられてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来か
ら用いられている、ガスの圧力に応じてばねの弾性力に
より隔壁が開口を開閉するガス抜排出弁では、弁が開い
た状態において、外気の電解溶液タンク内への流入を防
止する機能がないため、外気が電解溶液タンク内部に流
入するおそれがある。この電解溶液タンク内に流入する
外気は、通常、酸素を含んでいるため、電解溶液として
用いられる硫酸水溶液等と酸素とが反応して、電解溶液
の性能が劣化する。そのため、電解溶液タンクには、外
気、特に、酸素が電解溶液タンク内に流入することを防
止する機能を有するガス排出弁を取付ける必要がある。

【０００４】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、電解溶液の性能を劣化さ
せずに、電解溶液タンク内の気体を排出して電解溶液タ
ンク内の圧力をほぼ一定に調節し得るガス排出弁を提供
することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
におけるガス排出弁は、タンクに設置され、このタンク
内に溜まった内部気体をタンク外部に排出するガス排出
弁であって、内部気体をタンク内部から外部へ向かう方
向にのみ通過させ、タンクの外部に存在する外部気体を
タンク内部へ向かう方向に通過させない隔壁が設置され
ている。

【０００６】このような構造にすることによって、隔壁
によりタンク内部に外部気体、たとえば、空気が、タン
ク内へ流入することを防止できる。そのため、たとえ
ば、電解溶液タンクのガス排出弁として本発明のガス排
出弁を用いれば、電解溶液と空気中の酸素とが反応する
ことにより電解溶液が変質して劣化することを抑制でき
る。そのため、ガス排出弁を設けても、電解溶液の性能
を維持しながら電解溶液タンク内の圧力をほぼ一定に保
つことができる。その結果、電解溶液タンクの破裂によ
る電池システムの故障を低減するとともに、電池システ
ムの性能を向上させることが可能となる。

【０００７】請求項２に記載の本発明におけるガス排出
弁は、請求項１に記載のガス排出弁において、一端がタ
ンクに取付けられ、内部気体をタンクの外部へ導くガス
排出管路を備え、隔壁が、ガス排出管路内側のガス通路
の横断面全面に設けられ、内部気体を通過させる膜と、
内部気体を通過させる膜のタンク外部側のガス通路の横
断面全面に、内部気体を通過させる膜に接して貯留さ
れ、内部気体を通過させる膜を通過させず、かつ、外部
気体のタンク内への流入を防止する液体とを含んでい
る。

【０００８】このような構造にすることにより、たとえ
ば、電解溶液タンクの内部気体を外部へ向かう方向にの
み通過させ、電解溶液タンクの外部に存在する外部気体
を電解溶液タンク内部へ向かう方向に通過させないよう
にすることが可能となる。その結果、請求項１に記載の
ように、電池システムの性能を向上させるという効果を
得ることができる。また、このような構造は、通常の隔
壁式弁と比較して、簡単に製造できるため、製造コスト
が低くなる。

【０００９】また、液体の表面から内部気体を通過させ
る膜までの高さの調節により、内部気体を通過させる膜
近傍での液体圧力を設定することができる。そのため、
内部気体が内部気体を通過させる膜を通過して外部に排
出されるときの圧力を液体の表面から内部気体を通過さ
せる膜までの高さで調節できるため、タンク内の圧力調
節が簡単に行なえる。

【００１０】請求項３に記載の本発明におけるガス排出
弁は、請求項２に記載のガス排出弁において、液体のタ
ンク外部側表面近傍において、ガス通路の横断面全面に
わたって、外部気体および液体を通過させず、かつ、液
体より比重が小さい不揮発性の層がさらに設けられてい
る。

【００１１】このような構造にすることにより、液体よ
り比重の小さい不揮発性の層を液体に浮かしておけば、
外部気体が液体に溶解しにくくなるため、外部気体がタ
ンクに流入することをさらに抑制し易くなる。また、外
部気体側への液体の蒸発を抑制することができるととも
に、不揮発性の層はそれ自身蒸発しにくいため、液体お
よび不揮発性の層を定期的に追加または取り替えするよ
うな保守作業が必要なくなることにより、メンテナンナ
ンスフリーとなる。

【００１２】請求項４に記載の本発明におけるガス排出
弁は、請求項３に記載のガス排出弁において、不揮発性
の層が、不揮発性流動パラフィンを含む層である。

【００１３】このような構造にすることにより、不揮発
性パラフィンを含む層は、水の分子を通過させないた
め、水の外部気体側への蒸発を抑制する。また、不揮発
性であるためパラフィン層自身も蒸発しない。それによ
り、メンテナンスフリーという請求項３に記載の効果を
実現できる。

【００１４】請求項５に記載の本発明におけるガス排出
弁は、請求項２〜４のいずれかに記載のガス排出弁にお
いて、内部気体を通過させる膜が、撥水性多孔質膜であ
り、液体が水である。

【００１５】このような構造にすることにより、電気的
な極性を有しない撥水性多孔質膜は、電解溶液タンク内
の電気的に極性を有しない内部気体の分子を外部に向か
って通過させるが、電気的に極性を有する水の分子を通
過させない性質を有し、また、水は外部に存在する酸素
等の溶解度が低いため、請求項１に記載のように電池シ
ステムの性能を向上させるという効果を実現できる。

【００１６】請求項６に記載の本発明におけるガス排出
弁は、請求項１〜５のいずれかに記載のガス排出弁にお
いて、タンクが、外部気体と接触することにより変質す
る液体が貯溜されたタンクである。

【００１７】このように電解溶液が酸素と接触すると変
質する電解溶液タンクに本発明の請求項１〜５に記載の
ガス排出弁を用いることにより、請求項１〜５に記載の
効果を発揮することができる。

【００１８】請求項７に記載の本発明におけるガス排出
弁は、請求項１〜６のいずれかに記載のガス排出弁にお
いて、タンクが、レドックスフロー電池の電解溶液貯蔵
タンクである。

【００１９】このようなレドックスフロー電池の電解溶
液タンクに本発明のガス排出弁を用いることにより、レ
ドックスフロー電池の電解溶液の酸化劣化を抑制しなが
ら、電解溶液タンクの破裂等の事故を防止できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。

【００２１】本発明の実施の形態におけるガス排出弁
を、図１および図２を用いて説明する。本実施の形態の
ガス排出弁は、レドックスフロー電池の電解溶液タンク
に取付けられるガス排出弁である。まず、図１を用い
て、レドックスフロー電池１００の構造の概略を説明す
る。本実施の形態のガス排出弁が取付けられる電解溶液
タンクを備えるレドックスフロー電池１００は、図１に
示すように、陽極３０および陰極６０をイオン交換樹脂
膜８１で仕切るように内装した電解溶液セル８０と、こ
の電解溶液セル８０の陽極３０側および陰極６０側それ
ぞれに電解溶液を送る陽極用電解溶液配送ポンプ４０お
よび陰極用電解溶液配送ポンプ７０と、電解溶液が貯留
される陽極用電解溶液タンク２０および陰極用電解溶液
タンク５０とを備えている。このレドックスフロー電池
１００により発生した直流電流は、交流／直流変換装置
９０で交流電流に変換されて使用されている。本実施の
形態のレドックスフロー電池においては、電解溶液とし
てバナジウムイオンが溶解した硫酸水溶液が用いられ
る。

【００２２】この陽極用電解溶液タンク２０および陰極
用電解溶液タンク５０のそれぞれの上部近傍には、図２
に示すような本実施の形態のガス排出弁１０が取り付け
られている。このガス排出弁１０は、図２に示すよう
に、一端が陽極用電解溶液タンク２０または陰極用電解
溶液タンク５０に取付けられた配管部１と、配管部１に
接続された容器部２とを備えている。また、配管部１の
断面の全面にわたる容器部２の配管部１との接続部分に
は、横断面全面にわたって撥水性多孔質膜３が設けられ
ている。また、撥水性多孔質膜３の上面に接して、容器
部２内側の横断面の全面にわたるように、水４が貯留さ
れている。また、水４の上面には、不揮発性流動パラフ
ィン層５が設けられている。

【００２３】本実施の形態においては、多孔質膜とし
て、撥水性を有するものが好ましいことから、膜厚８０
μｍに開口孔１０．０μｍ程度のポリテトラフルオロエ
チレンシートを用いる。ただし、撥水性材料から形成さ
れたものであれば、たとえば、ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、シリコン系の樹脂とゴム、フッ素樹脂等を用い
て、延伸法、造孔剤法等により作成された、膜厚６０μ
ｍ〜１００μｍ、開口径０．１μｍ〜１０．０μｍの多
孔質構造、または、不織布構造等を有する膜を用いても
同様の効果を得ることができる。また、撥水性を有しな
い材料により作成された多孔質構造であっても、表面に
シリコン樹脂、フッ素樹脂等を被覆して、撥水性をもた
せることが可能である。

【００２４】また、多孔質膜を被覆する撥水性材料とし
ては、ポリテトラフルオロエチレンを用いる。ただし、
水との接触角が大きいものであれば、テトラフルオロエ
チレン／ヘキサフルオロプロピレン供重合体、または、
テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニル
エーテル共重合体であってもよい。

【００２５】さらに、水の蒸発を防止し、かつ、それ自
身が蒸発しない材料として、絶縁油であるパラフィン
層、すなわち、メタン系油の層を水の表面近傍に設けた
が、水の蒸発を防止でき、かつ、それ自身が蒸発しにく
いものであれば他の芳香族系またはナフテン系等の油で
あってもよい。なお、メタン系油の主成分である炭化水
素は構造が極めて複雑な異性体を構成するため、化学構
造は特定できない。

【００２６】上記のような構造のガス排出弁１０が取付
けられた場合に、電解溶液タンク内のガス圧力が一定に
保たれていることを確認するために、上記ガス排出弁１
０が設置されたタンク内に窒素ガスを充満させ、タンク
内のガス圧力、および、ガス排出弁１０から排出される
窒素ガスのガス排気速度およびガス流量を測定するガス
抜き治具評価試験を行なった。この試験は、具体的に
は、図３に示すように、水柱６とチューブ８ａでつなか
れたガス抜き治具８を、水９が貯溜されたガス排出弁１
０の底に取り付け、チューブ８ａの途中に窒素ガスを送
るための窒素ガスボンベ７を取付けた装置により行われ
る。ここで、ガス排出弁１０の水９の表面とガス抜き治
具８の底面との差は５ｃｍに設定する。この装置を用い
て、チューブ８ａの先端に設けられたチューブの太い部
分の深さｈを測定することによってガス排出弁１０にか
かる窒素ガスの圧力を検出するとともに、他の装置８ｂ
を用いてガス排出弁１０から排出される窒素ガスの流量
および流速を測定した。

【００２７】以下、ガス圧力とガス排気側との関係、お
よび、ガス圧力とガス流量との関係を表１および表２に
示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】上記表１および表２のＡ群およびＢ群の撥
水性多孔質膜を順次つけ替えて、それぞれの膜種で３回
〜５回上記ガス抜き治具評価試験を行なったが、上記表
１および表２のガス圧力の欄から分かるように、ガス流
量およびガス流出速度が変化しても、それぞれの膜種に
おけるタンク内のガス圧力は、０．０３０ｋｇ／ｃｍ ²
〜０．０４５ｋｇ／ｃｍ²の範囲でほぼ一定となる。

【００３１】したがって、このガス排出弁は、電解溶液
タンク内に溜まった窒素の圧力をほぼ一定に保つよう
に、窒素を電解溶液タンク外部に排出することができる
といえる。この結果より、上記ガス排出弁１０は、陽極
用電解溶液タンク２０および陰極用電解溶液タンク５０
内部の内部気体の圧力を一定に制御することができると
いえる。これにより、上記ガス排出弁１０が設置された
陽極用電解溶液タンク２０および陰極用電解溶液タンク
５０は、内部気体の増加に伴って生じる、陽極用電解溶
液タンク２０および陰極用電解溶液タンク５０にかかる
応力が制御されるため、電池システムの故障等が低減さ
れる。

【００３２】また、電気的な極性を有しない撥水性多孔
質膜３は、陽極用電解溶液タンク２０および陰極用電解
溶液タンク５０内で発生する電気的な極性を有しない気
体、たとえば、電解溶液に硫酸水溶液を用いる場合には
水素の分子を通過させるが、電気的な極性を有する水４
の分子をはじき、撥水性多孔質膜３の孔を通過させない
性質を有するため、内部気体、本実施の形態では、水素
分子を陽極用電解溶液タンク２０および陰極用電解溶液
タンク５０の内部から外部へ向かう方向にのみ通過させ
ることができる。また、極性を有する水４は、極性を有
しない外部気体、たとえば、酸素等が溶解しにくいた
め、酸素等の外部気体を陽極用電解溶液タンク２０およ
び陰極用電解溶液タンク５０内部へ向かう方向に通過さ
せないようにすることが可能となる。それにより、酸素
が、陽極用電解溶液タンク２０および陰極用電解溶液タ
ンク５０内へ流入することを防止できる。そのため、硫
酸水溶液を含む電解溶液と外部から進入した酸素とが反
応することにより、電解溶液が酸化劣化等変質すること
を抑制できる。その結果、ガス排出弁を設けても、電解
溶液の性能を維持することができるため、電池システム
の性能を向上させることが可能となる。

【００３３】また、水４の表面から撥水性多孔質膜３ま
での高さの調節により、撥水性多孔質膜３近傍での水圧
を設定することができる。そのため、内部気体が撥水性
多孔質膜３を通過して外部に排出されるときの圧力を撥
水性多孔質膜から３水４の表面までの高さで調節できる
ため、陽極用電解溶液タンク２０および陰極用電解溶液
タンク５０内の圧力調節が簡単に行なえる。

【００３４】また、不揮発性パラフィン層５は、酸素を
通過させないため、水４に酸素が溶解する程度がさらに
小さくなるため、酸素が陽極用電解溶液タンク２０およ
び陰極用電解溶液タンク５０内に流入することがさらに
抑制される。また、不揮発性パラフィン層５は、水蒸気
を通過させないため、水４の外部気体側への蒸発を抑制
する。それにより、容器部２からの水４の蒸発を抑制す
ることができ、また、それ自身蒸発しにくいため、水４
および不揮発性パラフィン層５を定期的に追加または取
り替えするような保守作業が必要なくなることによっ
て、メンテナンナンスフリーとなる。また、このような
構造は、通常の隔壁式弁と比較して、簡単に製造できる
ため、製造コストが低くなる。

【００３５】なお、本実施の形態においては、レドック
スフロー電池の電解溶液タンクに本発明のガス排出弁を
取付けたが、タンク内部に外気が進入することを防止し
ながら、タンク内部の気体をタンク外部に排出する用途
で用いるのであれば他の電池のタンク、または、電池以
外のタンクのガス排出弁として、本発明のガス排出弁を
用いても同様の効果を得ることができる。

【００３６】また、今回開示された実施の形態はすべて
の点で例示であって制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許
請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意
味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図
される。

【００３７】

【発明の効果】請求項１に記載のガス排出弁によれば、
たとえば、ガス排出弁を電解溶液タンクに設けた場合、
外気の進入を防止することにより電解溶液の性能を維持
しながら、電解溶液タンク内で発生する内部気体の圧力
をほぼ一定に保つように、内部気体を排出することがで
きるため、電池システムの性能を向上させることが可能
となる。

【００３８】請求項２に記載の本発明におけるガス排出
弁によれば、内部気体をタンクから外部へ向かう方向に
のみ通過させ、タンクの外部に存在する外部気体をタン
ク内部へ向かう方向に通過させないようにすることが可
能となるため、請求項１に記載のように、電池システム
の性能を向上させるという効果を得ることができる。ま
た、このような構造は、通常の隔壁式弁と比較して、簡
単に製造できるため、製造コストが低くなる。

【００３９】請求項３に記載の本発明におけるガス排出
弁によれば、液体の蒸発を抑制し、かつ、それ自身蒸発
しない不揮発性の層をさらに設けるため、液体および液
体の蒸発を抑制する層を定期的に追加または取り替えす
るような保守作業が必要なくなることによって、メンテ
ナンナンスフリーとなる。

【００４０】請求項４に記載の本発明におけるガス排出
弁によれば、撥水性多孔質膜は、電解溶液タンク内の気
体を通過させるが、水をはじき、孔を通過させない性質
を有し、また、水は酸素を溶解しにくいため、請求項１
に記載の電池システムの性能を向上させるという効果を
実現できる。

【００４１】請求項５に記載の本発明におけるガス排出
弁によれば、不揮発性パラフィンを含む層は、水の外部
気体側への蒸発を抑制し、また、それ自身蒸発しないた
め、メンテナンスフリーという請求項３に記載の効果を
実現できる。

【００４２】請求項６に記載の本発明におけるガス排出
弁によれば、電解溶液が酸素と接触すると変質する電解
溶液タンクに本発明の請求項１〜５に記載のガス排出弁
を用いることにより、請求項１〜５に記載の効果を大き
く発揮することができる。

【００４３】請求項７に記載の本発明におけるガス排出
弁によれば、レドックスフロー電池の電解溶液タンクに
本発明のガス排出弁を用いることにより、レドックスフ
ロー電池の電解溶液の酸化劣化を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態におけるガス排出弁が取
付けられる電解溶液タンクを備えたレドックスフロー電
池の概略図である。

【図２】本発明の実施の形態におけるガス排出弁の断
面構造を模式的に示す図である。

【図３】本発明の実施の形態におけるガス排出弁によ
って内部気体の圧力が調節された電解溶液タンク内の内
部圧力を測定する装置の概略図である。

【符号の説明】

１配管部２容器部３多孔質膜４水５不揮発性パラフィン層６水柱７窒素ボンベ８ガス抜き治具８ａチューブ８ｂ他の装置８ｃチューブの太い部分９水１０ガス排出弁２０陽極用電解溶液タンク３０陽極４０陽極用電解溶液配送ポンプ５０陰極用電解溶液タンク６０陰極７０陰極用電解溶液配送ポンプ８０電解溶液セル８１イオン交換樹脂膜９０交流／直流変換装置１００レドックスフロー電池

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者河合光平大阪市此花区島屋一丁目１番３号住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者徳田信幸大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号関西電力株式会社内Ｆターム(参考） 3E062 BA20 BB10 3E070 AA02 AB40 BF01 RA02 VA30 3H055 AA16 BA01 BA11 BB01 BB11 CC21 GG40 JJ20 5H026 AA10 5H027 AA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タンクに設置され、該タンク内に溜まっ
た内部気体を前記タンク外部に排出するガス排出弁であ
って、前記内部気体を前記タンク内部から外部へ向かう方向に
のみ通過させ、前記タンクの外部に存在する外部気体を
前記タンク内部へ向かう方向に通過させない隔壁が設置
された、ガス排出弁。
【請求項２】一端が前記タンクに取付けられ、前記内
部気体を前記タンクの外部へ導くガス排出管路を備え、前記隔壁が、前記ガス排出管路内側のガス通路の横断面全面に設けら
れ、前記内部気体を通過させる膜と、前記内部気体を通過させる膜の前記タンク外部側の前記
ガス通路の横断面全面に、前記内部気体を通過させる膜
に接して貯留され、前記内部気体を通過させる膜を通過
させず、かつ、前記外部気体の前記タンク内への流入を
防止する液体とを含む、請求項１に記載のガス排出弁。
【請求項３】前記液体の前記タンク外部側表面近傍に
おいて、前記ガス通路の横断面全面にわたって、前記外
部気体および前記液体を通過させず、かつ、前記液体よ
り比重が小さい不揮発性の層がさらに設けられた、請求
項２に記載のガス排出弁。
【請求項４】前記不揮発性の層が、不揮発性流動パラ
フィンを含む層である、請求項３に記載のガス排出弁。
【請求項５】前記内部気体を通過させる膜が、撥水性
多孔質膜であり、前記液体が水である、請求項２〜４の
いずれかに記載のガス排出弁。
【請求項６】前記タンクが、前記外部気体と接触する
ことにより変質する液体が貯溜されたタンクである、請
求項１〜５に記載のいずれかにガス排出弁。
【請求項７】前記タンクが、レドックスフロー電池の
電解溶液貯蔵タンクである、請求項１〜６のいずれかに
記載のガス排出弁。