JP2005340029A - Redox flow battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解液が供給されて電池反応を行うセルを具えるレドックスフロー電池システム、及びレドックスフロー電池システムの運転方法に関するものである。特に、電力損失を低減することができるレドックスフロー電池システム、及びレドックスフロー電池システムの運転方法に関するものである。 The present invention relates to a redox flow battery system including a cell in which an electrolytic solution is supplied to perform a battery reaction, and a method for operating the redox flow battery system. In particular, the present invention relates to a redox flow battery system capable of reducing power loss and a method for operating the redox flow battery system.
レドックスフロー電池は、従来、負荷平準化や瞬低対策などとして利用されている。図5はレドックスフロー電池の動作原理を示す説明図である。以下、図において同一符号は同一物を示す。この電池は、イオン交換膜からなる隔膜101で正極セル100Aと負極セル100Bとに分離されたセル100を具える。正極セル100A、負極セル100Bにはそれぞれ、正極電極102、負極電極103を内蔵している。正極セル100Aには、正極電極102に供給されると共に、正極電極102から排出される正極電解液を貯留する正極電解液タンク104Aが電解液の輸送路となる導管106Aを介して接続されている。負極セル100Bには、負極電極103に供給されると共に、負極電極103から排出される負極電解液を貯留する負極電解液タンク104Bが電解液の輸送路となる導管106Bを介して接続されている。各極電解液にはバナジウムイオンなど原子価が変化するイオンの水溶液を用い、ポンプ105A、105Bで循環させ、正極電極102、負極電極103におけるイオンの価数変化反応に伴って充放電を行う。例えば、バナジウムイオンを含む電解液を用いた場合、セル内で充放電時に生じる反応は次の通りである。
正極:V4+→V5++e-(充電) V4+←V5++e-(放電)
負極:V3++e-→V2+(充電) V3++e-←V2+(放電)
The redox flow battery is conventionally used as a load leveling or a voltage drop countermeasure. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the operating principle of the redox flow battery. In the drawings, the same reference numerals denote the same items. This battery includes a
The positive electrode: V 4+ → V 5+ + e - ( charging) V 4+ ← V 5+ + e - ( discharge)
The negative electrode: V 3+ + e - → V 2+ ( charging) V 3+ + e - ← V 2+ ( discharge)
図6は、従来のレドックスフロー電池システムの概要を示す模式図である。上記レドックスフロー電池は、通常、セルを複数積層したセルスタック200と呼ばれる構造で利用される。セルスタック200は、電解液を貯留したタンク104から電解液が供給されて電池反応を行い、交流/直流変換器107を介して負荷(電力系統)に接続されて充放電を行う。セルスタック200への電解液の供給は、導管106に配置されるポンプ105をモータ108により駆動して行う。モータ108は、電力系統から電力を供給して駆動させている。
FIG. 6 is a schematic diagram showing an outline of a conventional redox flow battery system. The redox flow battery is usually used in a structure called a
その他、従来のレドックスフロー電池システムでは、電池反応により電解液の温度が上昇する場合があるため、電解液を適正な温度に冷却するべく、冷却ファン109aなどの冷却機構を有する冷却装置109を具える。冷却ファン109aも、電力系統から電力を供給して駆動させている。
In addition, in the conventional redox flow battery system, since the temperature of the electrolyte solution may increase due to the battery reaction, a
一方、近年、新エネルギーとして、既設のダムの河川維持放流、水道管内の水流、農業用用水路の水流などの比較的少量の流水を利用した水力発電、いわゆる小水力発電が行われつつある。この小水力発電には、流水によって回転駆動される水車を具える発電機が利用され、この発電機は、水車により回転駆動されて電力を発生し、負荷に電力の供給を行う(特許文献1参照)。 On the other hand, as a new energy, hydroelectric power generation using a relatively small amount of water such as river maintenance and discharge of existing dams, water flow in water pipes, water flow in agricultural canals, and the like, so-called small hydroelectric power generation is being performed. For this small hydropower generation, a power generator including a water turbine that is rotationally driven by running water is used, and this power generator is rotationally driven by the water turbine to generate electric power and supply electric power to a load (Patent Document 1). reference).
上記のように従来のレドックスフロー電池システムでは、運転の際、ポンプ駆動用のモータや冷却装置の冷却ファンなどを駆動させる電力を電力系統からの供給により賄っている。このため、電力系統からの電力損失を低減し、運転効率をより向上させることが望まれている。 As described above, in the conventional redox flow battery system, during operation, power for driving a motor for driving a pump, a cooling fan for a cooling device, and the like is supplied by supply from an electric power system. For this reason, it is desired to reduce the power loss from the power system and further improve the operation efficiency.
そこで、本発明の主目的は、電力損失を低減することができるレドックスフロー電池システムの運転方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記運転方法に最適なレドックスフロー電池システムを提供することにある。 Thus, a main object of the present invention is to provide a method for operating a redox flow battery system that can reduce power loss. Another object of the present invention is to provide a redox flow battery system that is optimal for the above operation method.
本発明は、電気的エネルギー及び機械的エネルギーの双方が得られる発電機を利用することで上記目的を達成する。 The present invention achieves the above object by utilizing a generator that can obtain both electrical energy and mechanical energy.
即ち、本発明レドックスフロー電池システムの運転方法は、流水により小水力発電機を駆動させて得られる電気的エネルギーを負荷に供給し、前記発電機の駆動により得られる機械的エネルギーをレドックスフロー電池システムの運転に用いることを特徴とする。 That is, the operating method of the redox flow battery system of the present invention is to supply electrical energy obtained by driving a small hydroelectric generator by running water to a load, and to obtain mechanical energy obtained by driving the generator as a redox flow battery system. It is used for the driving | operation of.
また、本発明レドックスフロー電池システムは、レドックスフロー電池用セルと、電解液を貯留するタンクから前記セルに電解液の供給を行うポンプと、流水によって回転される回転軸を有する小水力発電機と、前記回転軸の回転力によりポンプを駆動する動力伝達部とを具えることを特徴とする。 The redox flow battery system of the present invention includes a redox flow battery cell, a pump for supplying the electrolyte from a tank storing the electrolyte to the cell, and a small hydraulic power generator having a rotating shaft rotated by running water. And a power transmission unit that drives the pump by the rotational force of the rotating shaft.
レドックスフロー電池システムは、運転時、セルに電解液の供給を行う。この電解液の供給には、通常、ポンプが利用されており、ポンプを駆動するための機械的エネルギーが必要である。従来、この機械的エネルギーは、電力系統からの電力にてモータを駆動し、モータにより得ていた。しかし、モータを利用することで、電力損失が生じるため、本発明者らは、モータを利用せず、機械的エネルギーを得ることを検討した。そして、いわゆる小水力発電に用いられている小水力発電機の駆動によって得られる機械的エネルギー、具体的には、流水によって回転される回転軸の回転力の利用が好適であるとの知見を得た。小水力発電機は、発電電力量が比較的小さいため、回転軸も比較的小さい。従って、回転力をポンプに伝達させるための機構も比較的簡単な構成とすることができる。本発明は、この知見に基づき規定するものである。 The redox flow battery system supplies an electrolytic solution to a cell during operation. A pump is usually used to supply the electrolytic solution, and mechanical energy for driving the pump is required. Conventionally, this mechanical energy is obtained by driving a motor with electric power from an electric power system. However, since the use of a motor causes power loss, the present inventors have studied to obtain mechanical energy without using the motor. And the knowledge that the utilization of the mechanical energy obtained by driving the small hydroelectric generator used for so-called small hydropower generation, specifically, the rotational force of the rotating shaft rotated by running water is suitable. It was. Since a small hydroelectric generator has a relatively small amount of generated power, its rotating shaft is also relatively small. Therefore, the mechanism for transmitting the rotational force to the pump can also have a relatively simple configuration. The present invention is defined based on this finding.
本発明レドックスフロー電池システムは、レドックスフロー電池用セルと、電解液を貯留するタンクから上記セルに電解液の供給を行うポンプとを具える。レドックスフロー電池用セルは、隔膜を介して正極セルと負極セルとを具える。電解液としては、1.起電力が高く、2.エネルギー密度が大きく、3.電解液が単一元素系であるため正極電解液と負極電解液とが混合しても充電によって再生することができるといった多くの利点を有しているバナジウムイオン溶液が好適である。このような電解液をタンクに貯留しておき、運転の際、タンクからセルに供給する。このとき、ポンプを用いるが、このポンプの駆動源として、本発明では、小水力発電機の駆動により得られる機械的エネルギーを利用する。なお、小水力発電とは、流れ込む水力を利用した小規模な発電設備による水力発電であり、例えば、いわゆるRPS法(Renewable Portfolio Standard)で水路式1000kw以下の水力発電と規定されるものが挙げられる。 The redox flow battery system of the present invention includes a redox flow battery cell and a pump that supplies the electrolyte from a tank that stores the electrolyte to the cell. The redox flow battery cell includes a positive electrode cell and a negative electrode cell through a diaphragm. As the electrolyte, 1. High electromotive force 2. High energy density 3. Since the electrolyte is a single element system, it can be regenerated by charging even if the cathode electrolyte and anode electrolyte are mixed Vanadium ion solutions having many advantages such as being possible are preferred. Such an electrolytic solution is stored in a tank, and is supplied from the tank to the cell during operation. At this time, a pump is used. In the present invention, mechanical energy obtained by driving a small hydroelectric generator is used as a driving source of the pump. Note that small hydropower generation is hydropower generation using small-scale power generation equipment that uses flowing hydropower, for example, what is defined as hydropower generation with a waterway of 1000 kw or less by the so-called RPS method (Renewable Portfolio Standard). .
小水力発電機は、流水によって回転される回転軸を有し、回転軸の回転により発電可能なものを利用する。即ち、回転軸の回転により、電気的エネルギーと機械的エネルギーとの双方が得られるものである。公知の構成のものを利用してもよい。例えば、磁極を形成して磁束をつくる界磁と、起電力を誘導し電流を流す電機子とを具え、界磁を回転子(回転軸)、電機子を固定子とする回転界磁形の同期発電機を利用してもよい。同期発電機は、同期速度で回転することで、電機子に誘導される起電力の周波数を一定の周波数とすることができる。そのため、例えば、50Hz、60Hzといった商用周波数の電力を負荷に安定して供給することができる。また、同期発電機を利用した場合、一定速度、具体的には同期速度で回転することで、後述するポンプの駆動を安定して行うことができて好ましい。 The small hydraulic power generator uses a rotating shaft that is rotated by running water and that can generate power by rotating the rotating shaft. That is, both electric energy and mechanical energy can be obtained by rotation of the rotating shaft. You may utilize the thing of a well-known structure. For example, it has a field that creates magnetic flux by forming magnetic poles, and an armature that induces an electromotive force to flow current, and a rotating field type that uses the field as a rotor (rotating shaft) and the armature as a stator. A synchronous generator may be used. The synchronous generator rotates at a synchronous speed, so that the frequency of the electromotive force induced in the armature can be a constant frequency. Therefore, for example, power of commercial frequencies such as 50 Hz and 60 Hz can be stably supplied to the load. Further, when a synchronous generator is used, it is preferable that the pump can be stably driven by rotating at a constant speed, specifically, a synchronous speed.
そして、本発明では、上記小水力発電機の駆動により得られる機械的エネルギー、即ち、回転軸の回転力をポンプの駆動に利用するべく、動力伝達部を具える。動力伝達部は、ポンプの性能に応じて回転軸の回転数を変化させることができる構成を具えるものが挙げられる。具体的には、例えば、回転軸の回転数を変化させてポンプに回転力を伝える変換部材を具える構成が挙げられる。変換部材としては、複数のギア、具体的には、例えば、回転軸の一端に配置して回転軸の回転数を変化させる駆動ギア及び駆動ギアに従動する従動ギアが挙げられる。このとき、ポンプには、従動ギアの回転力を伝達する伝達軸を具えておく。また、ポンプに必要な駆動力を得るには、各ギアの歯数を適宜変化させることで調整することが挙げられる。 And in this invention, in order to utilize the mechanical energy obtained by the drive of the said small hydraulic power generator, ie, the rotational force of a rotating shaft, for a drive of a pump, a power transmission part is provided. Examples of the power transmission unit include a configuration that can change the number of rotations of the rotation shaft in accordance with the performance of the pump. Specifically, for example, there is a configuration including a conversion member that changes the number of rotations of the rotation shaft and transmits the rotational force to the pump. Examples of the conversion member include a plurality of gears, specifically, a drive gear that is arranged at one end of the rotation shaft and changes the rotation speed of the rotation shaft, and a driven gear that is driven by the drive gear. At this time, the pump is provided with a transmission shaft for transmitting the rotational force of the driven gear. Moreover, in order to obtain the driving force required for the pump, adjustment may be made by appropriately changing the number of teeth of each gear.
本発明においてポンプは、電解液が接触した際に短絡などの不具合を防止するべく、絶縁材料にて構成されたものを利用することが好ましい。絶縁材料としては、例えば、プラスチックなどが挙げられる。 In the present invention, it is preferable to use a pump made of an insulating material in order to prevent problems such as a short circuit when the electrolyte contacts. Examples of the insulating material include plastic.
小水力発電機から得られる機械的エネルギーだけでなく、電気的エネルギーも利用することができる。例えば、電解液の冷却に冷却装置を用いる場合、冷却ファンの駆動に小水力発電機からの電気的エネルギーを利用することが挙げられる。このとき、小水力発電機から得られる機械的エネルギー及び電気的エネルギーの双方を有効利用することができる。 Not only mechanical energy obtained from small hydroelectric generators but also electric energy can be used. For example, when a cooling device is used for cooling the electrolytic solution, electric energy from a small hydroelectric generator can be used to drive the cooling fan. At this time, both mechanical energy and electrical energy obtained from the small hydroelectric generator can be used effectively.
上記冷却装置を用いることなく電解液を冷却する方法として、発電に利用している流水を用いてもよい。例えば、レドックスフロー電池用セルとタンク間の電解液路に流水を接触させて冷却する構成が挙げられる。具体的には、電解液を冷却するための流水を輸送する輸送路を具える冷却部を設けることが挙げられる。輸送路は、循環経路としてもよいし、非循環経路でもよい。また、流水を輸送する構成としては、例えば、水路などの流水部と小水力発電機との間に高低差が設けられている場合、電解液路において流水と接触させる部分を低部に配置し、この高低差により流水部から流水が送られる構成が挙げられる。その他、この輸送路に流水を供給する第二ポンプを具えてもよい。このとき、第二ポンプの駆動は、別途モータを具えておき、モータの駆動により行ってもよい。モータの駆動は、小水力発電機により得られる電気的エネルギーを利用するとよい。また、モータを利用しない場合、第二ポンプの駆動を小水力発電機の回転軸の回転力により行ってもよい。このとき、回転軸の回転力を第二ポンプに伝達する第二動力伝達部を具えておくとよい。第二動力伝達部は、上記と同様に、回転軸の回転数を変化させて第二ポンプに回転力を伝える駆動ギア及び第二従動ギアといった変換部材を具える構成が挙げられる。第二ポンプには、第二従動ギアの回転力を伝達する第二伝達軸を具えておく。 As a method for cooling the electrolytic solution without using the cooling device, running water used for power generation may be used. For example, the structure which makes a flowing water contact the electrolyte solution path between the cell for redox flow batteries and a tank, and cools is mentioned. Specifically, providing the cooling part provided with the transport path which transports the flowing water for cooling electrolyte solution is mentioned. The transportation path may be a circulation path or a non-circulation path. In addition, as a configuration for transporting running water, for example, when there is a height difference between a running water section such as a water channel and a small hydroelectric generator, a portion that is in contact with running water in the electrolyte channel is arranged in the lower section. The structure by which running water is sent from a running water part by this height difference is mentioned. In addition, you may provide the 2nd pump which supplies flowing water to this transportation path. At this time, the second pump may be driven by providing a separate motor and driving the motor. The motor may be driven using electrical energy obtained by a small hydroelectric generator. Moreover, when not using a motor, you may drive a 2nd pump with the rotational force of the rotating shaft of a small hydraulic power generator. At this time, it is good to provide the 2nd power transmission part which transmits the rotational force of a rotating shaft to a 2nd pump. Similarly to the above, the second power transmission unit includes a conversion member such as a drive gear and a second driven gear that change the number of rotations of the rotation shaft to transmit the rotational force to the second pump. The second pump is provided with a second transmission shaft that transmits the rotational force of the second driven gear.
流水を電解液の冷却に用いる場合、電解液の温度を一定の範囲、具体的には、30〜60℃に保持できるように制御することが望まれる。そのため、流水の輸送状態を調整可能な構成を具えることが好ましい。具体的には、例えば、電解液の温度を測定する温度センサと、冷却部に供給する流水の輸送状態を調整する調整部と、前記温度センサの測定温度に基づき、流水の輸送状態を調整して、電解液路に輸送される電解液の温度を30〜60℃に制御する制御部とを具えることが挙げられる。調整部としては、開閉可能な弁などが挙げられる。このような構成を具えておき、例えば、温度センサで随時電解液の温度測定を行っておき、所定温度を超えた際、弁を開き、一定時間流水を輸送させて電解液を冷却し、弁を閉じる構成としてもよいし、弁の開き度合いを調整して流水の流量を制御して冷却させる構成としてもよい。 When running water is used for cooling the electrolytic solution, it is desirable to control the temperature of the electrolytic solution so that it can be maintained within a certain range, specifically, 30 to 60 ° C. Therefore, it is preferable to provide a configuration capable of adjusting the transport state of running water. Specifically, for example, the temperature sensor that measures the temperature of the electrolyte, the adjustment unit that adjusts the transportation state of the flowing water supplied to the cooling unit, and the transportation state of the flowing water are adjusted based on the measured temperature of the temperature sensor. And a control unit that controls the temperature of the electrolytic solution transported to the electrolytic solution path to 30 to 60 ° C. Examples of the adjusting unit include a valve that can be opened and closed. Having such a configuration, for example, the temperature of the electrolyte is measured at any time with a temperature sensor, and when the temperature exceeds a predetermined temperature, the valve is opened and the electrolyte is cooled by transporting running water for a certain period of time. It is good also as a structure which cools by adjusting the flow rate of flowing water by adjusting the opening degree of a valve.
上記のように本発明では、小水力発電機から得られる機械的エネルギーをレドックスフロー電池システムの運転、具体的にはポンプの駆動に利用することで、従来ポンプの駆動に使われていた電力系統からの電力を不要とすることができるため、電力損失を低減することができる。特に、既設のダムと発電所までの間が離れている場合に本発明システムを構築すると、ダムにある負荷と発電所とを長距離に及ぶ電力線にて接続して送電を行う必要がなくなるなど、エネルギー損失を少なくすることができて好ましい。また、流水を電解液の冷却に利用することで、冷却装置を不要とすることができる上に、資源を有効利用することができる。 As described above, in the present invention, the mechanical energy obtained from the small hydroelectric generator is used for the operation of the redox flow battery system, specifically, for driving the pump, so that the power system conventionally used for driving the pump is used. Therefore, the power loss can be reduced. In particular, when the system of the present invention is constructed when the distance between the existing dam and the power plant is far away, it is not necessary to connect the load in the dam and the power plant with a long-distance power line for power transmission, etc. It is preferable because energy loss can be reduced. Further, by using running water for cooling the electrolytic solution, a cooling device can be eliminated and resources can be used effectively.
以下、本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
図1は、本発明レドックスフロー電池システムの概略構成図である。本発明は、水路などの流水部からの流水10により小水力発電機1を駆動させて得られる電気的エネルギーを負荷(電力系統)に供給し、発電機1の駆動により得られる機械的エネルギーをレドックスフロー電池システムの運転(本例ではポンプ105の駆動)に用いるものである。具体的な構成は、レドックスフロー電池用セルと、電解液を貯留するタンク104から上記セルに電解液の供給を行うポンプ105と、流水10によって回転される回転軸11を有する小水力発電機1と、回転軸11の回転力によりポンプ105を駆動する動力伝達部12とを具える。以下、各構成を詳しく説明する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a redox flow battery system of the present invention. The present invention supplies a load (electric power system) with electrical energy obtained by driving a small
レドックスフロー電池用セルは、基本的構成は図5に示すセル100と同様であり、イオン交換膜(隔膜)により正極セルと負極セルとに分離され、正極セルに正極電極、負極セルに負極電極を内蔵し、各電極にそれぞれ正極電解液、負極電解液が供給される。各電解液はそれぞれ別個のタンクに貯留される。タンク104やポンプ105は、電解液が接触しても短絡などの事故が生じないように絶縁材料(本例ではプラスチック)にて形成されているものを利用した。図1では、タンク104、導管106、ポンプ105を一つずつしか示していないが、実際には正極用、負極用にそれぞれ一つずつ、合計二つ配置される。本例では、正極電解液にV4+を含む溶液、負極電解液にV3+を含む溶液を用いている。
The basic structure of the redox flow battery cell is the same as that of the
図4は、セルスタックの概略構成図である。本例では、複数のセルを積層してサブセルスタック201と呼ばれる積層体を形成し、このサブセルスタック201を複数積層させたセルスタック200と呼ばれる構成を利用している。各セルは、隔膜101の両側にカーボンフェルト製の正極電極102及び負極電極103を具える。正極電極102及び負極電極103の各々の外側には、セルフレーム120が配置される。セルフレーム120は、プラスチックカーボン製の双極板121と、その外周に形成されるフレーム枠122とを具える。フレーム枠122には、電極102、103に電解液を供給する給液用マニホールド123と、電極102、103からの電解液を外部に排出する排液用マニホールド124とが複数形成されている。給液用マニホールド123は、電極102、103の下方に、排液用マニホールド124は、電極102、103の上方に設けている。図4に示すセルフレーム120では、電極102、103の下方に4つ、電極102、103の上方に4つの合計8つのマニホールドが設けられ、同下方の2つが正極電解液の給液用マニホールド123A、残り2つが負極電解液の給液用マニホールド123B、同上方の2つが正極電解液の排液用マニホールド124A、残り2つが負極電解液の排液用マニホールド124Bとなっている。これらマニホールド123、124は、多数のセルを積層することで電解液の流路を構成し、図1における導管106へと接続される。フレーム枠122には、給液用マニホールド123から双極板121に配置された電極102、103までの間、及び同電極102、103から排液用マニホールドまでの間に電解液を流通する給液用スリット125A、125B及び排液用スリット126A、126Bがそれぞれ設けられている。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a cell stack. In this example, a plurality of cells are stacked to form a stack called a
上記マニホールド123、124は、多数のセルを積層することで電解液の流路を構成し、サブセルスタック201の両側に配置される給排板202を介して図1における導管106へと接続される。給排板202は、電解液を供給する給液口203及び電解液を排出する排液口204を具える。また、図4では、図示していないが、セルスタック200の両側には、中央部に双極板が配置されると共に、出力端子を突出させた銅製のプレートが配置され、この出力端子を介して電極を負荷側に供給する。
The
上記セルスタック200には、電解液の輸送路となる導管106を介して電解液タンク104が接続され、ポンプ105を駆動することにより、電解液がタンク104からセルに送られる。セルでは、電池反応が行われ、交流/直流変換器107を介して接続される電力系統(負荷)に充放電を行う。そして、本発明では、上記ポンプ104の駆動を小水力発電機1の駆動により得られる機械的エネルギーを用いて行う。
An
本例において小水力発電機1は、磁極を形成して磁束をつくる界磁と、起電力を誘導し電流を流す電機子とを具え、界磁を回転子(回転軸11)、電機子を固定子とする回転界磁形の同期発電機を利用した。この小水力発電機1は、一定の周波数(50Hzまたは60Hz)で発電を行い、負荷に電力を供給する。そして、本例では、回転軸11の一端に回転軸11の回転力をポンプ105に伝達する動力伝達部12を具える。なお、回転軸11の他端には、流水を受けて回転するタービン13を具える。このような小水力発電機1は、流水10によりタービン13に回転力を付与されるように、高低差のある流水部を設けておき、低部側に配置することが好ましい。
In this example, the small
動力伝達部12は、回転軸11の一端に回転軸11の回転数を変化させる駆動ギア20と、駆動ギア20に従動する従動ギア21とを具える。また、ポンプ105には、従動ギア21の回転力を伝達する伝達軸22を接続させている。駆動ギア20、従動ギア21の歯数は、ポンプ105の駆動に必要な動力が得られるように調整している。
The
上記構成により、流水によりタービン13が回転すると、回転軸11が回転されて、小水力発電機1は発電を行い、負荷に電力を供給する。と同時に、回転軸11の回転により、駆動ギア20が回転して従動ギア21が回転され、この回転が伝達軸22に伝わり、ポンプ105を駆動する。このポンプ105の駆動により、タンク104から電解液がセルスタック200に供給され、セルスタック200は、電池反応を行うことができる。このように本発明は、ポンプの駆動を小水力発電機から得られる機械的エネルギーにて行うことで、レドックスフロー電池システムの運転の際に電力系統からの電力供給を不要とすることができ、電力損失を低減することができる。
With the above configuration, when the
また、本例では、電解液を冷却する冷却装置109の冷却ファンを駆動する動力を小水力発電機1からの電気的エネルギーで賄う構成である。このため、電解液の冷却にも電力系統からの電力供給が不要であり、電力損失の低減を実現する。
In this example, the power for driving the cooling fan of the
更に、本例では、小水力発電機として、同期発電機を利用することで、回転軸を一定速度(同期速度)で回転させることができるため、ポンプの駆動を安定して行うことができる。 Furthermore, in this example, since the rotating shaft can be rotated at a constant speed (synchronous speed) by using a synchronous generator as a small hydraulic power generator, the pump can be driven stably.
上記実施例1では、電解液の冷却に冷却装置を利用する例を説明した。この例では、流水を利用する例を説明する。本例に示す構成は、上記実施例1と基本的に同様であり、セルスタック200と、電解液タンク104と、電解液を輸送する導管106と、タンク104から導管106を介してセルに電解液を供給するポンプ105と、回転軸11及びタービン13を有する小水力発電機1と、伝達軸22を介して回転軸11の回転力をポンプ105に伝達する動力伝達部12とを具える。本例の特徴とするところは、電解液を冷却する冷却部30を具える点にある。以下、この点を詳しく説明する。
In the first embodiment, the example in which the cooling device is used for cooling the electrolytic solution has been described. In this example, an example using running water will be described. The configuration shown in this example is basically the same as that of the first embodiment, and the
冷却部30は、流水を導管106側に輸送する輸送路31と、輸送された流水を導管106の一部に接触させて冷却する冷却ボックス32と、冷却ボックス32への流水の輸送状態を調整する開閉弁33とを具える。本例において輸送路31は、図2に示すように循環路としたが、循環させなくてもよい。また、タンク104に温度センサ34を具える。そして、温度センサ34で電解液の温度を測定しておき、一定温度を超えた場合、例えば、60℃超となった場合、開閉弁33を開いて流水10を輸送路31に輸送する。すると、電解液は、冷却ボックス32内に配置された導管106を通過する際、冷却ボックス32内で冷却される。このとき、温度センサ34を確認しておき、電解液が適正な温度、例えば30〜60℃になったら、開閉弁33を閉じて流水の輸送を停止する。
The cooling
上記構成により、冷却装置を用いることなく電解液の冷却を行うことができる。また、流水を小水力発電だけでなく、冷却にも用いるため、効率的な資源の利用ができる。 With the above configuration, the electrolytic solution can be cooled without using a cooling device. Moreover, since the flowing water is used not only for small hydroelectric power generation but also for cooling, it is possible to efficiently use resources.
なお、輸送路31における流水の輸送は、例えば、流水部に設けた高低差を利用してもよい。また、補助的にポンプ(第二ポンプ)35を配置して、流水の輸送を行ってもよい。このとき、第二ポンプ35の駆動は、モータ36を配置し、小水力発電機1から得られる電気的エネルギーによりモータ36を駆動して行うと、電力系統からの電力供給が不要であり、電力損失を低減することができる。
The transport of running water in the
上記実施例2では、第二ポンプの駆動を小水力発電機からの電力にて行う例を示した。この例では、小水力発電機から得られる機械的エネルギーを用いる例を説明する。本例に示す構成は、上記実施例2と基本的構成は同様であり、異なる点は、流水の輸送に用いる第二ポンプ35の駆動を小水力発電機1から得られる機械的エネルギーを用いる点にある。以下、この点を詳しく説明する。
In the second embodiment, an example in which the second pump is driven by the electric power from the small hydroelectric generator is shown. In this example, an example using mechanical energy obtained from a small hydroelectric generator will be described. The configuration shown in this example is the same as the basic configuration of the second embodiment, except that mechanical energy obtained from the small
本例では、小水力発電機1の回転軸11の回転力により第二ポンプ35を駆動する第二動力伝達部40を具える。第二動力伝達部40は、駆動ギア20に従動する第二従動ギア41を具える。また、第二ポンプ35には、第二従動ギア41の回転力を第二ポンプ35に伝達する第二伝達軸42を接続させている。駆動ギア20、第二従動ギア41の歯数は、第二ポンプ35の駆動に必要な動力が得られるように調整している。
In this example, the second
上記構成により、小水力発電機から得られる機械的エネルギーを電解液輸送のためのポンプの駆動だけでなく、冷却水輸送のためのポンプの駆動にも利用することができる。従って、小水力発電機からの電気的エネルギーを負荷に十分供給することができると共に、小水力発電機からの機械的エネルギーを利用してレドックスフロー電池システムの運転も行うことができる。 With the above configuration, the mechanical energy obtained from the small hydroelectric generator can be used not only for driving the pump for transporting the electrolyte solution but also for driving the pump for transporting the cooling water. Therefore, the electrical energy from the small hydroelectric generator can be sufficiently supplied to the load, and the redox flow battery system can be operated using the mechanical energy from the small hydroelectric generator.
更に、この例では、温度センサ34、開閉弁33に加えて、温度センサ34の測定温度に基づき、流水の輸送状態を調整して、電解液路となる導管106に輸送される電解液の温度を一定範囲に制御する制御部37を具える。制御部37は、第二ポンプ35、温度センサ34、開閉弁33に接続されており、温度センサ34からの測定結果が送られ、この結果に基づき、開閉弁33を開閉或いは開放量の調整を行うと共に、第二ポンプ35に駆動命令或いは停止命令を出し、流水の輸送状態を制御する。
Further, in this example, in addition to the
例えば、電解液の温度が60℃超となった場合、制御部37は、開閉弁33に開命令を出すと共に、第二ポンプ35に駆動命令を出して駆動させて、流水の輸送を行う。そして、電解液温度が適正な温度に近づいたら、制御部37は、開閉弁33の開放量の調整命令を出して流水の輸送量を調整し、適正温度になったら、開閉弁33に閉命令、第二ポンプ35に停止命令を出して、流水の輸送を停止する。或いは、タイマを具えておき、一定時間開閉弁33に開命令を出し、一定時間後に温度測定を行って適正温度であれば、開閉弁33を閉じる命令を出す構成としてもよい。なお、制御部37の駆動は、小水力発電機1から得られる電力を利用するとよい。
For example, when the temperature of the electrolytic solution exceeds 60 ° C., the
本発明レドックスフロー電池システム、及びその運転方法は、既設のダムの維持放水や農業用用水などを利用した小水力発電を行う際に好適である。特に、ダムと発電所との距離が離れている場合に本発明システムを構築すると、エネルギー損失の低減を効果的に行うことができて好ましい。 The redox flow battery system of the present invention and the operation method thereof are suitable for performing small hydropower generation using maintenance water discharge of existing dams, agricultural water, or the like. In particular, it is preferable to construct the system of the present invention when the distance between the dam and the power plant is long because energy loss can be effectively reduced.
1 小水力発電機 10 流水 11 回転軸 12 動力伝達部 13 タービン
20 駆動ギア 21 従動ギア 22 伝達軸
30 冷却部 31 輸送路 32 冷却ボックス 33 開閉弁 34 温度センサ
35 第二ポンプ 36 モータ 37 制御部
100 セル 100A 正極セル 100B 負極セル 101 隔膜 102 正極電極
103 負極電極 104 タンク 104A 正極電解液タンク
104B 負極電解液タンク 105,105A,105B ポンプ 106,106A,106B 導管
107 直流/交流変換器 108 モータ 109 冷却装置 109a 冷却ファン
200 セルスタック
1 Small
20
30
35
100
103
104B Anode electrolyte tank 105,105A, 105B Pump 106,106A, 106B Conduit
107 DC /
200 cell stack
Claims (10)
電解液を貯留するタンクから前記セルに電解液の供給を行うポンプと、
流水によって回転される回転軸を有する小水力発電機と、
前記回転軸の回転力によりポンプを駆動する動力伝達部とを具えることを特徴とするレドックスフロー電池システム。 A redox flow battery cell;
A pump for supplying the electrolyte from the tank storing the electrolyte to the cell;
A small hydroelectric generator having a rotating shaft rotated by running water;
A redox flow battery system comprising: a power transmission unit that drives a pump by the rotational force of the rotating shaft.
前記冷却部は、
電解液を冷却するための流水を輸送する輸送路と、
前記輸送路に流水を供給する第二ポンプと、
前記第二ポンプを駆動すると共に、小水力発電機により得られる電気エネルギーにより駆動されるモータとを具えることを特徴とする請求項5に記載のレドックスフロー電池システム。 Furthermore, a cooling unit is provided in the electrolyte path between the cell and the tank to cool the electrolyte,
The cooling part is
A transport path for transporting running water for cooling the electrolyte;
A second pump for supplying running water to the transport path;
6. The redox flow battery system according to claim 5, further comprising a motor that drives the second pump and is driven by electric energy obtained by a small hydroelectric generator.
前記冷却部は、
電解液を冷却するための流水を輸送する輸送路と、
前記輸送路に流水を供給する第二ポンプと、
回転軸の回転力により第二ポンプを駆動する第二動力伝達部とを具えることを特徴とする請求項5に記載のレドックスフロー電池システム。 Furthermore, a cooling unit is provided in the electrolyte path between the cell and the tank to cool the electrolyte,
The cooling part is
A transport path for transporting running water for cooling the electrolyte;
A second pump for supplying running water to the transport path;
6. The redox flow battery system according to claim 5, further comprising a second power transmission unit that drives the second pump by the rotational force of the rotating shaft.
冷却部に供給する流水の輸送状態を調整する調整部と、
前記温度センサの測定温度に基づき、流水の輸送状態を調整して、電解液路に輸送される電解液の温度を30〜60℃に制御する制御部とを具えることを特徴とする請求項8又は9に記載のレドックスフロー電池システム。 Furthermore, a temperature sensor that measures the temperature of the electrolyte solution;
An adjustment unit for adjusting the transport state of running water supplied to the cooling unit;
A control unit that adjusts a transport state of running water based on a temperature measured by the temperature sensor and controls a temperature of the electrolyte transported to the electrolyte path to 30 to 60 ° C. The redox flow battery system according to 8 or 9.
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- 2004-05-27 JP JP2004158316A patent/JP2005340029A/en active Pending
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