JP2012099416A - Redox flow battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レドックスフロー電池(以下、RF電池と呼ぶことがある)、このRF電池の構成部材に適したセルスタック、フレーム、このRF電池を具えるシステムに関するものである。特に、電解液の漏洩を早期に検知可能なレドックスフロー電池に関するものである。 The present invention relates to a redox flow battery (hereinafter sometimes referred to as an RF battery), a cell stack suitable for a component of the RF battery, a frame, and a system including the RF battery. In particular, the present invention relates to a redox flow battery capable of early detection of leakage of electrolyte.
太陽光発電、風力発電といった新エネルギーに対して、大容量の蓄電池を設置して、出力変動の平滑化、余剰電力の貯蓄、負荷平準化などを図ることが期待される。 It is expected to install large-capacity storage batteries for new energies such as solar power generation and wind power generation to smooth output fluctuations, store surplus power, and level load.
大容量の蓄電池の一つにRF電池がある(特許文献1参照)。RF電池100は、図7に示す構成が代表的であり、正極電極104を内蔵する正極セル102と、負極電極105を内蔵する負極セル103と、両セル102,103間に介在されて両セル102,103を分離すると共にイオンを透過する隔膜101とを具えるセルを具える。更に、RF電池100は、各極セル102,103で電池反応に利用される各極電解液を貯留する各極タンク106,107と、各極セル102,103と各極タンク106,107との間で電解液を移送する流通路となる導管108〜111とを具える。各極電解液は、導管108,109に設置されたポンプ112,113を利用して、各極セル102,103に循環供給される。上記電解液には、酸化還元により価数が変化する金属イオン、例えば、バナジウムイオンを含有する水溶液が利用される。なお、図7のセル内の実線矢印は、充電、破線矢印は、放電を意味する。
One of large-capacity storage batteries is an RF battery (see Patent Document 1). The
RF電池100は、代表的には、上記セルを複数積層させたセルスタックと呼ばれる形態が利用される。セルスタック200には、図8に示すように、各極電極104,105が表裏に配置される双極板121の外周に形成されるフレーム122が利用される。セルスタック200は、双極板121を有するフレーム122、正極電極104、隔膜101、負極電極105、双極板121を有するフレーム122、…と順に繰り返し積層され、代表的には、この積層体の両側を一対のエンドプレート210で挟み、長ボルトなどの締付部材220によりエンドプレート210を締め付けることで構成される。
The
上記フレーム122は、その表裏を貫通する各極電解液の給液孔123,124及び排液孔125,126と、その一面に設けられ、給液孔123、排液孔125に連続する液導入溝、液排出溝と、その他面に設けられ、給液孔124、排液孔126に連続する液導入溝、液排出溝とを具える。上記液導入溝・液排出溝を利用して、双極板121の一面に配置された正極電極104に正極電解液が供給・排出され、他面に配置された負極電極105に負極電解液が供給・排出される。複数のフレーム122を積層することで、給液孔123(124)及び排液孔125(126)は各極電解液の流路を構成し、この流路は導管108〜111に適宜接続される。
The above-mentioned
セルスタック200を構成する上記各部材の隙間から電解液の漏洩を防止するために、積層したフレーム122間にOリングなどのシール部材127を配置したシール機構が設けられている。
In order to prevent leakage of the electrolytic solution from the gaps between the above-described members constituting the
セルスタックの外部に電解液が漏洩した場合に、できるだけ早期に検知可能な構成が望まれる。 It is desired to have a configuration capable of detecting as early as possible when an electrolyte leaks outside the cell stack.
上述のようにシール機構を具えることで、RF電池は、電解液の漏洩を防止している。しかし、RF電池の構成部材が経年劣化により変形・損傷したり、締め付け状態に緩みが生じたりするなどして、セルスタックの任意の箇所から電解液が外部に漏れ出る恐れがある。そこで、セルスタックの任意の箇所から漏れ出る可能性がある電解液を確実に受け取れるように、設置状態においてセルスタックの下方に、セルスタックの下方領域全体を十分に受けられる大きさのドレインパンを配置し、ドレインパン内に浮き子式センサや導電率センサといった漏洩センサを配置することが行われている。 By providing the sealing mechanism as described above, the RF battery prevents leakage of the electrolyte. However, there is a possibility that the electrolyte solution leaks from an arbitrary portion of the cell stack due to deformation or damage of the components of the RF battery due to deterioration over time or loosening of the tightened state. Therefore, in order to ensure that the electrolyte that may leak from any part of the cell stack can be received, a drain pan that is large enough to receive the entire area below the cell stack in the installed state is provided below the cell stack. Arrangement is made and a leakage sensor such as a float sensor or conductivity sensor is arranged in the drain pan.
RF電池に利用される電解液は、硫酸溶液などの劇物であることから、大量に漏洩すると、作業者の安全性を損なったり、環境への影響があったり、周辺設備を汚損したり、導電性を有することから、地絡したり、セル間やRF電池と周辺設備との間で短絡したりする恐れがある。従って、万が一、漏洩した場合には、早期に検知することが望まれる。しかし、上述したドレインパン内に漏洩センサを配置した構成では、貯留量が一定以上無かったり、電解液が確実に接触する位置に漏洩センサを配置してなかったりすると、漏洩センサが動作しないことがあり、漏洩の早期検知が困難なことがある。例えば、ドレインパンに傾斜を設けて、その局所に電解液を集中的に貯留して漏洩センサを動作し易くする(検知までの時間を短縮する)ことが考えられる。しかし、時間が経つと、ドレインパン内の電解液が乾燥するなどして粘度が上がり、電解液が漏洩センサに到達するまでの時間が長くなって、早期検知が難しくなる恐れがある。 The electrolyte used in the RF battery is a deleterious substance such as a sulfuric acid solution, so if it leaks in large quantities, it will impair the safety of the worker, affect the environment, and contaminate the surrounding equipment. Since it has conductivity, there is a risk of a ground fault or a short circuit between cells or between an RF battery and peripheral equipment. Therefore, in the unlikely event that a leak occurs, it is desirable to detect it early. However, in the configuration in which the leak sensor is arranged in the drain pan described above, the leak sensor may not operate if the storage amount is not more than a certain amount or if the leak sensor is not arranged at a position where the electrolyte solution reliably contacts. Yes, early detection of leaks can be difficult. For example, it is conceivable that an inclination is provided in the drain pan, and the electrolyte solution is concentrated in a local area to facilitate the operation of the leakage sensor (reducing the time until detection). However, as time passes, the electrolyte in the drain pan dries and the viscosity increases, and it takes a long time for the electrolyte to reach the leakage sensor, which may make early detection difficult.
そこで、本発明の目的の一つは、電解液の漏洩を早期に検知可能なRF電池、及びRF電池システムを提供することにある。また、本発明の他の目的は、電解液の漏洩の早期検知に寄与することができるRF電池用フレーム、及びRF電池用セルスタックを提供することにある。 Therefore, one of the objects of the present invention is to provide an RF battery and an RF battery system that can detect leakage of an electrolytic solution at an early stage. Another object of the present invention is to provide an RF battery frame and an RF battery cell stack that can contribute to early detection of leakage of an electrolytic solution.
本発明は、シール機構を越えて漏れ出た電解液をフレーム内に一旦集める領域を具えると共に、この領域内の電解液を集約してフレームの外部に排出可能な構成とすることで、上記目的を達成する。 The present invention includes a region that once collects the electrolyte solution leaking beyond the seal mechanism in the frame, and the electrolyte solution in this region can be collected and discharged to the outside of the frame. Achieve the goal.
本発明レドックスフロー電池用フレームは、双極板の外周に設けられて、上記双極板に配置された電極への電解液の供給と上記電極からの電解液の排出とを行うものである。このフレームの少なくとも一面に、上記電解液を主として上記電極内に封止するためのシール機構と、上記シール機構よりも外周に設けられ、上記シール機構を越えて漏れ出た電解液を溜める液溜め溝と、上記液溜め溝に連続して設けられ、上記液溜め溝の電解液を集約して上記フレームの外部に排出するときの流路となる排液部とを具える。 The frame for a redox flow battery of the present invention is provided on the outer periphery of the bipolar plate, and supplies the electrolytic solution to the electrode disposed on the bipolar plate and discharges the electrolytic solution from the electrode. On at least one surface of the frame, there is provided a seal mechanism for sealing the electrolyte mainly in the electrode, and a liquid reservoir provided on the outer periphery of the seal mechanism for storing the electrolyte that has leaked beyond the seal mechanism. A groove and a drainage portion that is provided continuously with the liquid reservoir groove and serves as a flow path when the electrolyte in the liquid reservoir groove is collected and discharged to the outside of the frame.
本発明レドックスフロー電池用セルスタックは、正極電極と負極電極と間に隔膜が介在されたセルと、双極板を有するフレームとが交互に積層されて構成されたものである。そして、上記各フレームが、上記液溜め溝及び排液部を具える本発明フレームである。 The cell stack for a redox flow battery of the present invention is configured by alternately laminating a cell having a diaphragm interposed between a positive electrode and a negative electrode and a frame having a bipolar plate. And each said flame | frame is this invention frame which provides the said liquid storage groove | channel and a drainage part.
本発明レドックスフロー電池は、正極電極と負極電極との間に隔膜が介在されたセルと、双極板を有するフレームとが交互に積層されてなるセルスタックと、上記セルスタックに具える上記各極の電極に供給する各極電解液を貯留する各極タンクと、上記セルスタックと上記各極タンクとの間で前記各極電解液を移送する流通路とを具える。そして、上記セルスタックが、上記本発明フレームを具える上記本発明レドックスフロー電池用セルスタックである。また、このRF電池は、上記液溜め溝に集められた電解液を検知する漏洩センサを具える。 The redox flow battery of the present invention includes a cell stack in which a cell having a diaphragm interposed between a positive electrode and a negative electrode and a frame having a bipolar plate are alternately stacked, and each of the electrodes provided in the cell stack. Each electrode tank storing each electrode electrolyte supplied to each electrode, and a flow path for transferring each electrode electrolyte between the cell stack and each electrode tank. The cell stack is the cell stack for the redox flow battery of the present invention including the frame of the present invention. The RF battery further includes a leakage sensor that detects the electrolyte collected in the liquid storage groove.
本発明レドックスフロー電池システムは、上記本発明レドックスフロー電池と、上記RF電池に具える上記漏洩センサからの情報に基づき上記各極タンクから上記セルスタックへの電解液の供給状態を制御する制御部とを具える。 The redox flow battery system of the present invention includes a control unit that controls a supply state of the electrolyte from each of the electrode tanks to the cell stack based on information from the redox flow battery of the present invention and the leakage sensor included in the RF battery. With.
上記液溜め溝と排液部とを具える本発明フレームや本発明セルスタックを具える本発明RF電池やRF電池システムによれば、セルスタックの外部に電解液が漏れ出る前に、シール機構の内側よりも内圧が小さい液溜め溝に電解液が自動的に導入される。即ち、本発明によれば、シール機構の任意の位置からセルスタックの外部に漏れ出ようとする電解液を、シール機構の外周に設けられた液溜め溝に確実に集められ、フレーム内に留めることができる。そして、液溜め溝に集められた電解液は、液溜め溝を流路として上記排液部に集約され、セルスタックの外部に排出させられる。即ち、本発明によれば、シール機構の異なる複数の位置から電解液が漏れ出たとしても、最終的に同じ箇所(排液部)に電解液を集約させて、電解液の排出箇所を特定することができる。この構成により、本発明RF電池やRF電池システムは、セルスタックの任意の位置から電解液が漏洩することを効果的に防止できる上に、漏洩する電解液の排出箇所が予め決められていることから、漏洩センサを適切な箇所(代表的には排液部近傍)に配置することで、漏洩を早期に検知できる。また、シール機構から漏れ出た電解液をある程度纏めてセルスタックの外部に排出できることから、漏洩センサが検知し易く(短時間で検知することができ)、このことからも本発明RF電池やRF電池システムは、電解液の漏洩を早期に検知できる。 According to the present invention RF battery or RF battery system including the present invention frame including the above-described liquid reservoir groove and the drainage part or the present cell stack, the sealing mechanism before the electrolyte leaks to the outside of the cell stack. The electrolytic solution is automatically introduced into the liquid reservoir groove whose internal pressure is smaller than that of the inside. That is, according to the present invention, the electrolyte solution that leaks out of the cell stack from an arbitrary position of the sealing mechanism is reliably collected in the liquid storage groove provided on the outer periphery of the sealing mechanism and is retained in the frame. be able to. Then, the electrolytic solution collected in the liquid storage groove is collected in the liquid drainage section using the liquid storage groove as a flow path, and is discharged to the outside of the cell stack. That is, according to the present invention, even if the electrolyte solution leaks from a plurality of positions with different sealing mechanisms, the electrolyte solution is finally collected at the same location (drainage portion), and the discharge location of the electrolyte solution is specified. can do. With this configuration, the RF battery or RF battery system of the present invention can effectively prevent the electrolyte from leaking from any position of the cell stack, and the discharge location of the leaked electrolyte must be determined in advance. Therefore, the leakage can be detected at an early stage by arranging the leakage sensor at an appropriate location (typically near the drainage portion). In addition, since the electrolyte solution leaking from the sealing mechanism can be collected to some extent outside the cell stack, the leakage sensor is easy to detect (it can be detected in a short time). The battery system can detect leakage of the electrolyte at an early stage.
本発明フレームの一形態として、上記排液部は、上記液溜め溝から上記フレームの外周縁に連続する排出溝を具える形態が挙げられる。 As an embodiment of the frame of the present invention, the drainage part may include a drainage groove that continues from the liquid reservoir groove to the outer peripheral edge of the frame.
上記形態によれば、液溜め溝から分岐された排出溝から、液溜め溝に集められた電解液を容易に排出できる。 According to the said form, the electrolyte solution collected by the liquid storage groove | channel can be easily discharged | emitted from the discharge groove | channel branched from the liquid storage groove | channel.
本発明フレームの一形態として、上記排液部は、上記フレームの表裏を貫通する排出孔を具える形態が挙げられる。 As an embodiment of the frame of the present invention, the drainage part may include a discharge hole penetrating the front and back of the frame.
上記形態によれば、液溜め溝に集められた電解液を排出孔から容易に排出できる。なお、排出孔が液溜め溝に連続して設けられるとは、当該液溜め溝と排出孔とが重複する部分を有することを言う。 According to the said form, the electrolyte solution collected by the liquid storage groove | channel can be easily discharged | emitted from a discharge hole. In addition, that the discharge hole is continuously provided in the liquid storage groove means that the liquid storage groove and the discharge hole have a portion overlapping.
本発明セルスタックの一形態として、上記各フレームが上記液溜め溝と、上記液溜め溝から上記フレームの外周縁に連続する排出溝とを具え、上記各フレームに具える上記排出溝が複数の上記フレームが積層された状態において一直線状に並ぶ位置に設けられた形態が挙げられる。 As one aspect of the cell stack of the present invention, each frame includes the liquid reservoir groove and a discharge groove that continues from the liquid reservoir groove to the outer peripheral edge of the frame, and the frame includes a plurality of the discharge grooves. The form provided in the position located in a straight line in the state where the said frame was laminated | stacked is mentioned.
上記排出溝は、液溜め溝に対して任意の位置に設けることができる。しかし、セルスタックを構成する複数のフレームの中に、排出溝の形成位置が異なるフレームが含まれる場合、電解液の排出箇所がランダムに存在するため、各箇所に漏洩センサを配置する必要があったり、セルスタックの外部に排出した電解液を集め難くなったりする。これに対し、上記形態によれば、電解液の排出箇所が一直線状に並ぶため、当該排出箇所に沿って容易に漏洩センサを配置できる上に、セルスタックの外部に排出した電解液を集め易い。 The discharge groove can be provided at an arbitrary position with respect to the liquid storage groove. However, when a plurality of frames constituting the cell stack include frames with different discharge groove formation positions, there are random discharge locations for the electrolyte solution, and thus it is necessary to place a leak sensor at each location. Or it becomes difficult to collect the electrolyte discharged outside the cell stack. On the other hand, according to the said form, since the discharge location of electrolyte solution is located in a straight line, a leak sensor can be easily arrange | positioned along the said discharge location, and also it is easy to collect the electrolyte solution discharged | emitted outside the cell stack. .
本発明セルスタックの一形態として、各フレームが上記液溜め溝と、上記液溜め溝から上記フレームの外周縁に連続する排出溝とを具え、上記各フレームに具える上記排出溝は、上記セルスタックを設置した状態において、当該セルスタックの下方側に開口した形態が挙げられる。 As an embodiment of the cell stack of the present invention, each frame includes the liquid reservoir groove and a discharge groove continuous from the liquid reservoir groove to the outer periphery of the frame, and the discharge groove included in each frame includes the cell In a state in which the stack is installed, a form opened to the lower side of the cell stack can be mentioned.
上記形態によれば、電解液の自重により、液溜め溝の電解液が排出溝に確実に到達できる上に、排出溝から電解液を自動的に排出することができる。 According to the above aspect, the electrolyte solution in the liquid storage groove can surely reach the discharge groove due to its own weight, and the electrolyte solution can be automatically discharged from the discharge groove.
本発明セルスタックの一形態として、上記各フレームが上記液溜め溝と、上記液溜め溝に連続して設けられ、これら各フレームの表裏を貫通する排出孔とを具え、上記セルスタックが、複数の上記排出孔が連続して構成された排出路を具え、上記排出路の少なくとも一方の開口部が当該排出路に溜められた電解液の排出に利用される形態が挙げられる。 As one form of the cell stack of the present invention, each of the frames is provided with the liquid reservoir groove and a discharge hole penetrating the front and back of each of the frames. And a discharge path in which the discharge holes are continuously formed, and at least one opening of the discharge path is used for discharging the electrolyte stored in the discharge path.
上記形態によれば、セルスタックを構成する各フレームが排出孔を具えることで、複数の排出孔が連続して構成された排出路に、液溜め溝からの電解液を効率よく集められる。そして、排出路に集められた電解液を排出路の一端の開口部、或いは両端の開口部から容易に排出できる。従って、この形態によれば、セルスタックを設置した状態において、その下方側に漏洩センサの設置スペースが確保できない場合でも、電解液の漏洩を検知することができる。 According to the said form, each flame | frame which comprises a cell stack provides a discharge hole, Therefore The electrolyte solution from a liquid storage groove | channel is efficiently collected in the discharge path where the several discharge hole was comprised continuously. And the electrolyte solution collected by the discharge path can be easily discharged | emitted from the opening part of the one end of a discharge path, or the opening part of both ends. Therefore, according to this embodiment, in the state where the cell stack is installed, it is possible to detect the leakage of the electrolyte even when the installation space for the leakage sensor cannot be secured on the lower side.
本発明セルスタックの一形態として、上記各フレームが上記液溜め溝と、上記液溜め溝に連続して設けられ、これら各フレームの表裏を貫通する排出孔とを具え、上記セルスタックが、複数の上記排出孔が連続して構成された排出路を具え、上記排出路の両端が閉じられた形態が挙げられる。この形態では、複数の上記フレームのうち、少なくとも一つのフレームは、上記排出路から当該フレームの外周縁に連続し、上記排出路に溜められた電解液を排出する排出溝を具える。 As one form of the cell stack of the present invention, each of the frames is provided with the liquid reservoir groove and a discharge hole penetrating the front and back of each of the frames. The said discharge hole is provided with the discharge path comprised continuously, and the form with which the both ends of the said discharge path were closed is mentioned. In this embodiment, at least one frame of the plurality of frames includes a discharge groove that is continuous from the discharge path to the outer peripheral edge of the frame and discharges the electrolyte stored in the discharge path.
上記排出路を具える形態では、上述のように排出路の端部の開口部から電解液を排出する形態の他、上記形態のように、少なくとも一つのフレームが排出溝を具えることで、液溜め溝から排出路に集められた電解液をこの排出溝から容易に排出することができる。即ち、この形態では、排出路(排出孔)と排出溝との双方が排液部として機能する。 In the form having the discharge path, in addition to the form in which the electrolyte is discharged from the opening at the end of the discharge path as described above, at least one frame has a discharge groove as in the above form. The electrolyte collected in the discharge path from the liquid storage groove can be easily discharged from the discharge groove. That is, in this embodiment, both the discharge path (discharge hole) and the discharge groove function as a drainage part.
本発明RF電池の一形態として、セルスタックを構成する各フレームの排出溝が上述した下方側に開口した形態であって、上記排出溝の開口部の下方に配置され、当該排出溝からの電解液を受ける液受け樋と、上記液受け樋に集められた電解液を検知する漏洩センサとを具える形態が挙げられる。 As one form of the RF battery of the present invention, the discharge groove of each frame constituting the cell stack is open on the lower side as described above, and is disposed below the opening of the discharge groove, and is electrolyzed from the discharge groove. Examples include a liquid receiving bowl that receives the liquid and a leakage sensor that detects the electrolyte collected in the liquid receiving bowl.
上記形態によれば、電解液の自重により、排出溝からセルスタックの外部に電解液が自動的に排出される上に、排出された電解液を液受け樋で確実に受け取れて集められる。従って、上記形態によれば、液受け樋に集められた電解液を漏洩センサにより容易に、かつ確実に検知することができる。 According to the above aspect, the electrolyte solution is automatically discharged from the discharge groove to the outside of the cell stack due to its own weight, and the discharged electrolyte solution is reliably received and collected by the liquid receiver. Therefore, according to the said form, the electrolyte solution collected by the liquid receptacle can be detected easily and reliably by a leak sensor.
上記液受け樋を具える本発明RF電池において、上記液受け樋が一方から他方に向かって傾斜した傾斜部を具え、この傾斜部の最下部に、上記漏洩センサを具える形態が挙げられる。 The RF battery of the present invention having the liquid receptacle includes a configuration in which the liquid receptacle has an inclined portion inclined from one side to the other, and the leak sensor is provided at the lowermost portion of the inclined portion.
上記形態によれば、電解液の自重により、傾斜部の最下部に電解液を効率よく集められ、この最下部に漏洩センサを配置することで、液受け樋に集められた電解液を漏洩センサにより容易に、かつ確実に検知することができる。また、この形態によれば、電解液の排出箇所が複数存在する場合でも、漏洩センサの検知箇所を一箇所にできるため、液受け樋を経てきた電解液を一つの漏洩センサだけで容易に検知できる。上記形態のより具体的な形態として、液受け樋を一方から他方に向かって傾けて配置する構成、即ち、液受け樋全体が傾斜部である形態、一方及び他方から中間部に向けて傾斜しており、液受け樋の全体がV字状になった形態、液受け樋の一部に傾斜部を具える形態、などが挙げられる。 According to the above aspect, the electrolyte solution can be efficiently collected at the lowermost portion of the inclined portion by the dead weight of the electrolyte solution, and the leakage sensor is disposed at the lowermost portion so that the electrolyte solution collected in the liquid receiving bowl can be removed. Therefore, it can be detected easily and reliably. In addition, according to this embodiment, even when there are a plurality of discharge locations of the electrolytic solution, the detection location of the leakage sensor can be made one, so that the electrolytic solution that has passed through the liquid catcher can be easily detected with only one leakage sensor. it can. As a more specific form of the above form, the liquid receiving bowl is arranged to be inclined from one side to the other, that is, the liquid receiving bowl as a whole is an inclined part, and is inclined from one and the other to the intermediate part. And a form in which the entire liquid receiving bowl is V-shaped, a form in which a part of the liquid receiving bowl is provided with an inclined portion, and the like.
本発明RF電池の一形態として、セルスタックが上述した排出孔から構成される排出路を具える形態であって、このセルスタックに具える上記排出路内に収納されて、当該排出路内の電解液を検知する漏洩センサを具える形態が挙げられる。特に、漏洩センサが紐状センサである形態が挙げられる。 As one form of the RF battery of the present invention, the cell stack is provided with a discharge path composed of the discharge holes described above, and is housed in the discharge path provided in the cell stack, The form which provides the leak sensor which detects electrolyte solution is mentioned. In particular, a form in which the leakage sensor is a string sensor can be cited.
上記形態によれば、シール機構から漏れ出た電解液がセルスタックの外部に漏れ出る前に、セルスタック内で上記電解液を検知できる。即ち、セルスタックの外部に電解液が漏れ出る恐れがあることを当該外部に漏れ出る前に検知できる。従って、上記形態によれば、より早期に漏洩(可能性)の検知が可能である。また、上記形態によれば、セルスタック内で漏洩を検知するため、電解液が実質的に乾燥せず、効率よく検知できると期待される。なお、この形態でも、電解液を排出する必要がある。電解液の排出には、上述のように排出溝を具えるフレームを少なくとも一つ具えて、排出溝を用いたり、排出路の少なくとも一方の開口部を用いたりすることが挙げられる。 According to the said form, before the electrolyte solution which leaked from the sealing mechanism leaks outside the cell stack, the said electrolyte solution can be detected within a cell stack. That is, it is possible to detect before the electrolyte leaks that the electrolyte solution may leak to the outside of the cell stack. Therefore, according to the said form, a leak (possibility) can be detected earlier. Moreover, according to the said form, in order to detect a leak in a cell stack, it is anticipated that electrolyte solution does not dry substantially and can be detected efficiently. Even in this embodiment, it is necessary to discharge the electrolytic solution. For discharging the electrolytic solution, it is possible to provide at least one frame having a discharge groove as described above and use the discharge groove or use at least one opening of the discharge path.
本発明レドックスフロー電池及びレドックスフロー電池システムは、電解液の漏洩を早期に検知できる。本発明レドックスフロー電池用フレーム及びレドックスフロー電池用セルスタックは、上記本発明レドックスフロー電池の構成部材に好適に利用でき、電解液の漏洩の早期検知に寄与することができる。 The redox flow battery and the redox flow battery system of the present invention can detect leakage of the electrolyte at an early stage. The frame for redox flow battery of the present invention and the cell stack for redox flow battery of the present invention can be suitably used as a component of the above redox flow battery of the present invention, and can contribute to early detection of leakage of the electrolyte.
以下、図面を参照して、実施形態のレドックスフロー電池(RF電池)用フレーム、セルスタック、RF電池、RF電池システムを説明する。図において同一符号は、同一名称物を示す。 Hereinafter, a redox flow battery (RF battery) frame, cell stack, RF battery, and RF battery system according to an embodiment will be described with reference to the drawings. In the figure, the same reference numeral indicates the same name object.
本発明RF電池の基本的構成は図7,図8に示す従来のRF電池と同様である。即ち、正極電極と負極電極との間に隔膜(代表的にはイオン交換膜)が介在されたセルと、表裏に各極の電極が配置される双極板を有するフレームとが交互に積層されてなるセルスタックと、上記各極の電極に供給する各極電解液を貯留する各極タンクと、上記セルスタックと上記各極タンクとに接続されて上記電解液の流通路となる導管とを具える。また、本発明RF電池は、バナジウムイオンなどの金属イオンを活物質に含有する硫酸溶液などの電解液を上記各極タンクから上記セルスタックに供給して電池反応を行う。そして、本発明RF電池は、代表的には、交流/直流変換器を介して、発電部(例えば、一般の発電所(火力、水力、原子力、風力、太陽光など)の他、一般家屋や集合住宅などを含む各所に設けられた太陽光発電機、風力発電機などの分散電源を含む)と負荷(一般家庭、プラント、工場などの需要家)とに接続され、発電部を電力供給源として充電を行い、負荷を電力提供対象として放電を行う。本発明RF電池は、このように発電部と負荷との間に組みつけられて電力系統の一要素に利用される。 The basic configuration of the RF battery of the present invention is the same as that of the conventional RF battery shown in FIGS. That is, a cell in which a diaphragm (typically an ion exchange membrane) is interposed between a positive electrode and a negative electrode, and a frame having a bipolar plate in which electrodes of each electrode are arranged on the front and back are alternately laminated. A cell stack, each electrode tank storing each electrode electrolyte supplied to the electrode of each electrode, and a conduit connected to the cell stack and each electrode tank and serving as a flow path for the electrolyte. Yeah. In addition, the RF battery of the present invention performs a battery reaction by supplying an electrolytic solution such as a sulfuric acid solution containing metal ions such as vanadium ions in the active material from the electrode tanks to the cell stack. The RF battery of the present invention typically has an AC / DC converter through a power generation unit (e.g., a general power plant (thermal power, hydropower, nuclear power, wind power, sunlight, etc.), a general house, (Including distributed generators such as solar power generators and wind power generators installed in various places including apartment buildings) and loads (customers such as ordinary households, plants, factories, etc.) Is charged, and the load is discharged as a power supply target. The RF battery of the present invention is assembled between the power generation unit and the load as described above and used as one element of the power system.
本発明RF電池の特徴とするところは、その構成部材であるフレームの構成、及びセルスタックの構成にある。以下、従来のRF電池との相違点:フレームの構成及びセルスタックの構成を中心に説明し、その他の構成については詳細な説明を省略する。なお、図1〜図3,図5,図6に示すフレームは、わかり易いように両極の給液孔、排液孔、液導入溝、液排出溝を省略している。 The RF battery of the present invention is characterized by the structure of the frame as its constituent members and the structure of the cell stack. Hereinafter, the difference from the conventional RF battery: mainly the frame configuration and the cell stack configuration will be described, and detailed description of other configurations will be omitted. In the frames shown in FIGS. 1 to 3, 5, and 6, the liquid supply holes, the liquid discharge holes, the liquid introduction grooves, and the liquid discharge grooves are omitted for easy understanding.
[実施形態1]
図1〜図4を参照して、実施形態1のRF電池用フレーム、及びこのフレームを複数積層して構成されるRF電池用セルスタック、このスタックを具えるRF電池、及びこのRF電池を具えるRF電池システムを説明する。
[Embodiment 1]
1 to 4, an RF battery frame of
(セルスタック)
図1(A)に示すフレーム1Aは、双極板121の外周に設けられる矩形枠であり、図示しない給液孔・排液孔よりも外周に、双極板121を囲むように設けられたシール機構と、シール機構よりも外周に設けられた液溜め溝2と、液溜め溝2に連続して設けられた排出溝(排液部)3とを具える。
(Cell stack)
A frame 1A shown in FIG. 1 (A) is a rectangular frame provided on the outer periphery of the
シール機構は、双極板121に配置される各極電極に含浸される電解液がフレーム1Aの外部に漏れ出ることを防止するために設けられるものであり、双極板121を囲むように設けていれば、その形態は特に問わない。ここでは、シール機構は、フレーム1Aの表裏にそれぞれ設けられ、矩形状の双極板121の外周を囲む矩形状の溝(図示せず)と、この溝に嵌め込まれるOリングといったシール部材127により構成されている。その他、シール機構は、シール部材127に平パッキンを用いて、フレームにおいて平パッキンが配置される領域と平パッキンとにより構成したり、積層したフレーム1A同士を熱融着させたり、接着剤などにより接着したりして、融着領域(融着のために用いた接着剤を含む)や接着領域により構成したりすることができる。
The sealing mechanism is provided to prevent the electrolyte impregnated in each electrode disposed on the
フレーム1Aは、液溜め溝2を具える点が本発明の特徴の一つである。液溜め溝2は、上記シール機構の任意の位置から、シール機構を越えて漏れ出た電解液を一時的に溜めると共に、後述する排出溝3への流路に利用される溝であり、ここでは、シール機構の外周に沿って矩形状に設けられている。
One feature of the present invention is that the frame 1A includes a
液溜め溝2の断面形状は特に問わない。代表的には、半円弧状、矩形状が挙げられる。また、液溜め溝2の容積は、流通させる電解液量などに応じて適宜選択することができる。更に、ここでは、フレーム1Aの一面にのみ液溜め溝2を具える例を示すが、フレーム1Aの表裏面の双方に液溜め溝2を具える形態としてもよい。この場合、複数のフレーム1Aを積層させることで容積(電解液の貯留量)を大きくし易い。
The cross-sectional shape of the
また、フレーム1Aは、排出溝3を具える点が本発明の特徴の一つである。排出溝3は、上記液溜め溝2に溜められた電解液を集約して当該フレーム1Aの外部に排出する排出流路に利用される溝であり、ここでは、液溜め溝2からフレーム1Aの外周縁に連続して設けられ、当該外周縁に開口する開口部3oを有する。開口部3oは、フレーム1Aを設置した状態において、下方側に開口するように設けられている。この構成により、液溜め溝2に集められた電解液は、その自重により排出溝3に自動的に移送され、フレーム1Aの外部に排出される。
In addition, the frame 1A is provided with the
排出溝3の形状、大きさ、形成位置、個数は特に問わない。排出溝3の断面形状は、代表的には、半円弧状、矩形状が挙げられる。また、ここでは、排出溝3は、液溜め溝2からフレーム1Aの外周縁に直交するように、直線状に設けられた例を示すが、外周縁に交差するように設けられた斜線状や曲線状とすることができる。排出溝3の容積は、一つのフレーム1Aから一度に排出させる電解液量などに応じて適宜選択することができる。
The shape, size, formation position, and number of the
排出溝3の個数は、図1(A)に示すように一つでもよいが、図1(B)に示すフレーム1Bのように、複数の排出溝3a,3bを具える形態とすると、少なくとも一つの排液溝(例えば、排出溝3b)を空気抜き穴として利用でき、排液溝2内や排出溝3a内が負圧になることを防止し、電解液を排出し易い。特に、複数の排出溝を具える場合、少なくとも二つの排出溝の形成位置を異ならせる、例えば、フレームを設置した状態において下方側に少なくとも一つ、下方側以外の箇所(例えば上方や側方)に別の一つが配置された形態とすると、上記下方側に配置された排出溝から電解液を容易に排出できる。図1(B)に示す例では、フレーム1Bを設置した状態において上方側及び下方側にそれぞれ排出溝3a,3bが設けられ、上方側の排出溝3bを空気抜き穴として機能させ、下方側の排出溝3aを電解液の排出に利用できる。また、排出溝を複数具える形態では、液溜め溝2に電解液が溜まり過ぎず、過剰な電解液の存在による内圧の上昇を防止し、フレームの外部に効率よく電解液を排出できる。
The number of the
液溜め溝2及び排出溝3を具えるフレーム1Aは、従来と同様に射出成型などを利用して容易に製造することができる。
The frame 1A including the
(セルスタック)
液溜め溝2及び排出溝3を具えるフレーム1Aを利用して、例えば、図2に示すように複数のフレーム1Aを積層させたセルスタック10Aを構築することができる。図2のセルスタック10Aは、双極板121を有するフレーム1Aのみを示し、各極電極、隔膜を省略している。この点は、図3,図6も同様である。また、図2では、フレーム1Aを例示しているが、フレーム1Bでもよい。
(Cell stack)
Using the frame 1A including the
複数のフレーム1A1,1A2,…,1A7,…を積層することで、あるフレーム1A(例えば、フレーム1A2)の一面に設けられた液溜め溝2及び排出溝3は、隣接する別のフレーム1A(例えば、フレーム1A1)の他面により覆われて実質的に閉鎖空間となる。但し、液溜め溝2は、排出溝3に連続する開口部を有し、排出溝3は、フレーム1Aの外周縁に開口部3oを有する。この点は、後述する実施形態2も同様である。また、積層された複数のフレーム1A1,1A2,…,1A7,…の両端に配置されるフレーム1A1,1Anは、図8に示す一対のエンドプレートに挟まれることで、同様に閉鎖空間となる(但し、上述の開口部を有する)。
By laminating a plurality of frames 1A 1 , 1A 2 ,..., 1A 7 ,..., The
更に、図2に示す例では、複数のフレーム1Axのいずれも、セルスタック10Aを設置した状態において、排出溝3が同じ位置になるように設けられている。具体的には、各フレーム1Axの排出溝3は、セルスタック10Aの積層方向に沿って一直線状に並ぶ。即ち、各フレーム1Axの排出溝3の開口部3oはいずれも一直線状に並び、セルスタック10Aを設置した状態において同じ側に開口する。図2に示す例では、下方側に開口している。
Further, in the example shown in FIG. 2, none of the plurality of frames 1A x, in installed state of the
このようなセルスタック10Aは、代表的には、図8に示すように一対のエンドプレートで挟んで長ボルトなどの締付部材により締め付けられた構成が利用される。この締め付けにより、シール機構(シール部材127)が十分に機能して、各極電極に充填された電解液がシール機構を越えて漏れ出ることが防止される。しかし、経年劣化などにより、シール機構を越えてフレーム1Aの外部に電解液が漏れ出ようとすると、当該電解液は、液溜め溝2を通過する。液溜め溝2内は圧力が小さいため、上記漏れ出ようとした電解液は積極的に液溜め溝2に溜められ、液溜め溝2内の電解液は、排出溝3からセルスタック10Aの外部に排出される。従って、セルスタック10Aは、液溜め溝2の任意の位置から、即ち、排出溝3以外の箇所から液溜め溝2の外部に電解液が実質的に漏れ出ることが無い。特に、この例では、排出溝3の開口部3oがセルスタック10Aの下方側に設けられているため、液溜め溝2内の電解液は、その自重により自動的に排出溝3に移動し、更に排出溝3を通過して開口部3oから排出される。
Such a
(RF電池)
上記セルスタック10Aを利用して、例えば、図3に示すように、上記排出溝3からの電解液を受ける液受け樋15と、排出溝3の開口部3oを経てセルスタック10Aの外部に排出され、液受け樋15に集められた電解液を検知する漏洩センサ20とを具えるRF電池を構築することができる。図3に示すRF電池は、セルスタック10Aと液受け樋15と漏洩センサ20とのみを示し、各極タンク及び導管は省略している。
(RF battery)
Using the
図3に示すRF電池に具える液受け樋15は、断面V字状で直線状に延びる形状であり、上記一直線状に並んだ排出溝3の開口部3oの全てから電解液を受取可能な十分な大きさを有する。ここでは、上記一直線状に並んだ排出溝3の開口部3oの下方に、図3に示すように一方(図3において左方)から他方(図3において右方)に向かって低くなるように傾斜させて配置しており、更に、その最下部(図3において右方)に漏洩センサ20を配置している。
The
液受け樋15の形状、大きさ、個数、配置形態は特に問わない。例えば、断面]状体でもよいし、排出溝3の数に応じて複数個配置してもよいし、傾斜させずに水平に配置させてもよい。図3に示すように液受け樋15が傾斜部を有することで(ここでは、液受け樋15全体が傾斜部)、排出溝3の開口部3oから電解液の自重により自動的に落下してきた電解液を液受け樋15の最下部に、自動的に、かつ効率よく集めることができる。
The shape, size, number and arrangement form of the
漏洩センサ20は、市販されている種々のセンサ、例えば、浮き子式センサ、導電率センサ、その他、ガラス電極法を利用したセンサ(PH電極を具えるセンサ)などを利用できる。これらの漏洩センサ20を利用する場合、上記最下部の近傍に、排出溝3を経た電解液を溜める貯留槽(図示せず)を設けておき、この貯留槽に上記センサ20を配置しておくとよい。ここでは、液受け樋15が傾斜部を具えることから、電解液を貯留槽に効率よく溜められるため、上記センサ20は、電解液を確実に、かつ早期に検知できる。なお、図3の漏洩センサは、模式図である。
As the
その他、漏洩センサ20として、紐状センサを利用し、例えば、液受け樋15内に、液受け樋15に沿って、紐状センサを配置した形態とすることができる。紐状センサは、例えば、複数の棒状電極とこれらの電極を保持する電極保持器とを具えるもの、複数の電極線を撚り合わせた撚り線と外装とを具えるものなど、市販品が利用できる。上記紐状センサは、棒状電極や電極線の任意の箇所に電解液が接触して、棒状電極間や電極線間が短絡することで漏洩を検知する。従って、図3に示すように、電解液の排出箇所が複数存在する形態(ここでは、セルフレーム1Aの数だけ排出箇所が存在し得る)では、上記紐状センサを利用すると、排出箇所の特定、即ち、不具合が生じているフレームの位置をも特定することができる。
In addition, a string-like sensor can be used as the
図3に示す例では、液受け樋15を一つとし、その最下部に一つの漏洩センサを配置した形態を示すが、複数の液受け部を具え、各液受け部にそれぞれ漏洩センサを配置した形態、即ち、検出地点を複数具える形態とすることができる。但し、検出地点が多過ぎると、各地点に集められる電解液量が少なくなるため、早期検知が可能な範囲で検出地点数を選択することが好ましい。
The example shown in FIG. 3 shows a mode in which there is one
(RF電池システム)
上記RF電池を利用して、例えば、図4に示すように、RF電池と、液溜め溝(図示せず)から排出溝3を経てセルスタック10Aの外部に排出された電解液を検知する漏洩センサ20と、漏洩センサ20からの情報に基づき、各極タンク106,107からセルスタック10Aへの電解液の供給状態を制御する制御部30とを具えるRF電池システムを構築することができる。図4に示すRF電池は、セルスタック10Aを簡略化して示す。
(RF battery system)
Using the above RF battery, for example, as shown in FIG. 4, leakage is detected from the RF battery and the electrolyte discharged from the liquid storage groove (not shown) through the
制御部30は、例えば、漏洩センサ20からの情報を入力する入力手段31と、入力された情報と設定した閾値とを比較して、電解液の漏洩の有無を判断する判断手段32と、判断手段32の結果から、ポンプ112,113の動作条件の変更を命令する命令手段33と、種々の設定値(例えば、閾値)などを記憶する記憶手段34とを具えるものが挙げられる。このような制御部30には、上記各手段などを具える処理装置と、キーボードといった直接入力手段35とを具えるコンピュータを好適に利用できる。更に、モニタといった表示手段36を具えていてもよい。
For example, the
制御部30を具えるRF電池システムは、上述した液溜め溝及び排出溝3を具えるセルフレームにより構成されるセルスタック10Aの外部に電解液が漏れ出たことを早期に検知できる上に、検知されたら直ちに電解液の供給状態を変更する(例えば、漏れを低減するために、各極タンク106,107からセルスタック10Aへの電解液の供給量を低減する、場合によっては電解液の供給を停止する)ことができる。従って、このRF電池システムによれば、液受け樋15や貯留槽で受け取り可能な範囲に電解液の漏洩を低減することができ、作業者の安全性の確保、環境保護などを十分に図ることができる。
The RF battery system including the
(効果)
上記構成を具えるRF電池は、万が一、シール機構の任意の位置からシール機構を越えて電解液がセルスタック10A(フレーム1A(又は1B))の外部に漏れ出ようとした場合でも、液溜め溝2に一旦集められ、かつ排出溝3により一括して排出させることができる。従って、セルスタック10Aの外部に排出される電解液量がある程度まとまった量であるため、漏洩センサ20が十分に動作でき、漏洩を早期に検知できる。
(effect)
In the case of an RF battery having the above configuration, even if the electrolyte solution leaks out of the cell stack 10A (frame 1A (or 1B)) from any position of the seal mechanism, Once collected in the
また、上記構成を具えるRF電池システムは、漏洩センサ20により、電解液の漏洩を検知したら、制御部30により、直ちに、電解液の漏洩を抑制させることができる。従って、RF電池の外部に電解液が漏洩することによる被害を効果的に防止できる。また、このようなRF電池システムを具える電力系統は、RF電池の異常を早期に発見できるため、信頼性が高いと期待される。
Further, in the RF battery system having the above-described configuration, when the leakage of the electrolytic solution is detected by the
[実施形態2]
(フレーム)
実施形態1では、液溜め溝2の電解液を集約してフレーム1A,1Bの外部に排出する排液部として、排出溝3を具える形態を説明した。その他、排液部として、図5に示すフレーム1Cのように、フレーム1Cの表裏を貫通する排出孔4を具える形態が挙げられる。実施形態2のフレームの基本的構成は実施形態1と同様であり、相違点は排出孔4にあるため、ここでは排出孔4を中心に説明し、その他の重複する構成及び効果は詳細な説明を省略する。
[Embodiment 2]
(flame)
In the first embodiment, the embodiment has been described in which the
フレーム1Cは、実施形態1のフレーム1A,1Bと同様に液溜め溝2を具えると共に、排出孔4を具える。排出孔4は、実施形態1で説明した排出溝3と同様に、上記シール機構の任意の位置から、シール機構を越えて漏れ出た電解液を集約すると共に、当該フレーム1Cの外部に排出する流路に利用される。
Similar to the
ここでは、排出孔4は円形状とし、液溜め溝2の一部に重複するように、より具体的には、上記円の中心が液溜め溝2内に位置するように設けられている。排出孔4の形状は、円形状の他、楕円形、矩形などの種々の形状が利用できるが、円形状とすると、電解液が流通する際の圧損が小さいと考えられる。また、ここでは、排出孔4は、フレーム1Cを設置した状態において、下方側に位置するように設けられており、液溜め溝2を経た電解液は、その自重により自動的に排出孔4に移送される。排出孔4の個数は特に問わないが、一つで十分であると考えられる。また、排出孔4の大きさは、液溜め溝2に溜められる最大量の電解液を排出可能な程度の大きさが望ましい。
Here, the
上記排出孔4を具えるフレーム1Cも射出成型などにより、容易に製造することができる。
The
(セルスタック)
液溜め溝2及び排出孔4を具えるフレーム1Cを利用して、例えば、図6(A)に示すように複数のフレーム1Cを積層させたセルスタック10Bを構築することができる。複数のフレーム1Cを積層させると、各フレーム1Cの排出孔4が連続することで筒状(ここでは円筒状)の排出路11が形成され、液溜め溝2からの電解液は、この排出路11に集められる。即ち、排出路11を具えることで、一つのフレーム1Cの液溜め溝2に集められた電解液を、複数のフレーム1Cに亘って更に集約することができる。また、この集約をセルスタック10B内で行える。従って、図6(A)に示すように、上記排出路11に上述した紐状センサ21を配置する形態とすると、排出路11に集められた電解液をセルスタック10B内で検知できる。また、積層されたフレーム1Cの両側を挟むようにエンドプレート210(図6(B)参照)を配置することで、排出路11内は実質的に閉鎖空間になることから、排出路11内の電解液は乾燥し難い。従って、排出路11内に当該排出路11に沿って紐状センサ21を配置することで、排出路11内の電解液を確実に、かつ早期に検知できる。また、セルスタック10Bの外部に電解液が排出される前に電解液がシール機構を越えて漏洩したことを検知できるため、更なる検知の早期化を実現することができる。更に、上述のように紐状センサ21を利用することで、電解液の漏出箇所(露出したフレーム)を特定し易く、フレームなどの部材の交換などを行い易い。
(Cell stack)
Using the
排出路11に溜められた電解液は適宜排出することで、排出路11内の圧力が上昇して、フレーム1Cの任意の位置から電解液が漏れ出ることを防止できる。例えば、セルスタック10Bでは、その両端に位置するフレーム1C1,1Cnの少なくとも一方の排出孔4(排出路11の少なくとも一端の開口部)から電解液を排出できる。図6(C)に示すように、積層されたフレーム1Cの両側に一対のエンドプレート210を配置する場合、エンドプレート210において排出路11(積層されたフレーム1Cの両端に位置するフレーム1C1,1Cnの排出孔4)が接触する箇所に、排出路11に連続する貫通孔210hを設けておき、この貫通孔210hにより、排出路11に溜められた電解液を排出してもよい。貫通孔210hの近傍には、排出した電解液を溜める貯留槽を設けておく。いずれか一方のエンドプレート210にのみ貫通孔210hを具える形態としてもよい。セルスタック10Bにおいて、排出路11の少なくとも一端の開口部(エンドプレート210の少なくとも一方の貫通孔210h)から、排出路11内の電解液を排出する場合、排出路11内に集められた電解液は排出路11内の紐状センサ21に接触してから開口部(貫通孔210h)に到達する。従って、紐状センサ21は上記電解液を十分に検知できる上に、検知後、効率よく排出できる。
By appropriately discharging the electrolyte stored in the
或いは、図6(B)に示すように、セルスタック10Cを構成するフレームとして、排出孔4と共に実施形態1で説明した排出溝3を具えるフレーム1Dを少なくとも一つ具える形態(この例では一つ)とすることが挙げられる。フレーム1Dに具える排出溝3は、排出路11(排出孔4)からフレーム1Dの外周縁に連続して設けられている。この形態では、排出路11の両端はエンドプレート210により塞がれ、排出路11に集められた電解液は、フレーム1Dの排出溝3のみから排出される。排出路11に連続して排出溝3を形成していることで、排出路11内に集められた電解液は排出路11内の紐状センサ21に接触してから排出溝3に到達する。従って、紐状センサ21は上記電解液を十分に検知できる上に、検知後、効率よく排出できる。
Alternatively, as shown in FIG. 6 (B), as a frame constituting the cell stack 10C, a form including at least one
上記排出溝3を具える形態では、排出路11に紐状センサ21を配置することに代えて、図6(B)に示すように排出溝3の開口部の近傍(図6(B)では開口部の下方)に浮き子式センサや導電率センサなどの漏洩センサ20を配置した形態とすることができる。この形態では、排出路11に集められた電解液が纏めて排出溝3から排出されるため、漏洩センサ20は、効率よく、かつ早期に電解液の検知を行える。また、浮き子式センサなどの漏洩センサ20を用いることで、漏洩センサの配置や交換などを容易に行える。なお、実施形態1と同様に排出溝3の開口部の下方に、排出された電解液を貯留する貯留槽を設けておく。
In the embodiment including the
また、排出溝3及び排出孔4を具えるフレーム1Dを複数具える形態とする場合、実施形態1で説明したように、複数の排出溝3が一直線状に並ぶ位置に設けられたフレームを利用し、かつこれら排出溝3に沿って液受け樋を配置することで、各排出溝3から排出された電解液を液受け樋により容易に集められる。特に、各排出溝3の開口部が、セルスタックを設置した状態において、下方に向けられていると、上述のように電解液の自重により、電解液を容易に排出できる。
Further, in the case where a plurality of
図6(C)に示すように、貫通孔210hが設けられたエンドプレート210を具える形態とする場合、排出路11に紐状センサ21を配置することに代えて、貫通孔210hの近傍(ここでは、貫通孔210hの下方)に浮き子式センサなどの漏洩センサ20を配置した形態とすることができる。この形態では、排出路11に集められた電解液が纏めて貫通孔210hから排出されるため、漏洩センサ20は、効率よく、かつ早期に電解液の検知を行える。また、この形態は、セルスタックの下方側に漏洩センサ20を配置するための空間を十分に確保でき無い場合でも、漏洩センサ20を容易に配置することができる。更に、この形態は、漏洩センサ20を配置するための空間を十分に確保し易いため、メンテナンスや点検、清掃なども行い易い。
As shown in FIG. 6 (C), when the
上述した実施形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。例えば、排出溝・排出孔の形状、個数、形成位置などを適宜変更することができる。 The above-described embodiment can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention, and is not limited to the above-described configuration. For example, the shape, number, formation position, etc. of the discharge grooves / discharge holes can be appropriately changed.
本発明RF電池やRF電池システムは、太陽光発電、風力発電などの新エネルギーの発電に対して、発電出力の変動の安定化、発電電力の余剰時の蓄電、負荷平準化などを目的とした用途に好適に利用することができる。また、本発明RF電池やRF電池システムは、一般的な発電所に併設されて、瞬低・停電対策や負荷平準化を目的とした大容量の蓄電池としても好適に利用することができる。本発明RF電池用フレームやRF電池用セルスタックは、上記本発明RF電池の構成部材に好適に利用することができる。 The RF battery and RF battery system of the present invention are aimed at stabilizing fluctuations in power generation output, storing electricity when surplus generated power, leveling load, etc., for power generation of new energy such as solar power generation and wind power generation. It can utilize suitably for a use. Further, the RF battery and the RF battery system of the present invention can be suitably used as a large-capacity storage battery that is provided in a general power plant and is intended for measures against instantaneous voltage drop, power failure, and load leveling. The RF battery frame and the RF battery cell stack of the present invention can be suitably used for the constituent members of the RF battery of the present invention.
1A,1An(n=1,…,k,…),1B,1C,1Cn(n=1,…,k,…),1D フレーム
2 液溜め溝 3,3a,3b 排出溝 3o 開口部 4 排出孔
10A,10B,10C,10D セルスタック 11 排出路 15 液受け樋
20 漏洩センサ 21 紐状センサ
30 制御部 31 入力手段 32 判断手段 33 命令手段 34 記憶手段
35 直接入力手段 36 表示手段
100 レドックスフロー電池 101 隔膜 102 正極セル 103 負極セル
104 正極電極 105 負極電極 106 正極タンク 107 負極タンク
108,109,110,111 導管 112,113 ポンプ
121 双極板 122 フレーム 123 正極給液孔 124 負極給液孔
125 正極排液孔 126 負極排液孔 127 シール部材
200 セルスタック 210 エンドプレート 210h 貫通孔 220 締付部材
1A, 1A n (n = 1,…, k,…), 1B, 1C, 1C n (n = 1,…, k,…), 1D frame
2
10A, 10B, 10C,
20
30
35
100
104
108,109,110,111 Conduit 112,113 Pump
121
125 Positive
200
Claims (13)
このフレームの少なくとも一面に、
前記電解液を主として前記電極内に封止するためのシール機構と、
前記シール機構よりも外周に設けられ、前記シール機構を越えて漏れ出た電解液を溜める液溜め溝と、
前記液溜め溝に連続して設けられ、前記液溜め溝の電解液を集約して前記フレームの外部に排出するときの流路となる排液部とを具えることを特徴とするレドックスフロー電池用フレーム。 A frame for a redox flow battery, provided on the outer periphery of the bipolar plate, for supplying an electrolytic solution to an electrode disposed on the bipolar plate and discharging the electrolytic solution from the electrode,
On at least one side of this frame,
A sealing mechanism for mainly sealing the electrolyte in the electrode;
A liquid reservoir groove that is provided on an outer periphery than the seal mechanism, and stores an electrolyte that leaks beyond the seal mechanism;
A redox flow battery comprising a drainage portion provided continuously with the liquid reservoir groove and serving as a flow path when the electrolytic solution in the liquid reservoir groove is collected and discharged to the outside of the frame. For frames.
前記各フレームは、請求項1〜3のいずれか1項に記載のレドックスフロー電池用フレームであることを特徴とするレドックスフロー電池用セルスタック。 A cell stack for a redox flow battery in which a cell having a diaphragm interposed between a positive electrode and a negative electrode and a frame having a bipolar plate are alternately stacked,
The redox flow battery cell stack according to any one of claims 1 to 3, wherein each frame is the redox flow battery frame.
前記各フレームに具える前記排出溝は、複数の前記フレームが積層された状態において一直線状に並ぶ位置に設けられていることを特徴とする請求項4に記載のレドックスフロー電池用セルスタック。 Each frame includes the liquid reservoir groove and a discharge groove continuous from the liquid reservoir groove to the outer peripheral edge of the frame,
5. The cell stack for a redox flow battery according to claim 4, wherein the discharge groove provided in each frame is provided at a position aligned in a straight line in a state where a plurality of the frames are stacked.
前記各フレームに具える前記排出溝は、前記セルスタックを設置した状態において、当該セルスタックの下方側に開口していることを特徴とする請求項4又は5に記載のレドックスフロー電池用セルスタック。 Each frame includes the liquid reservoir groove and a discharge groove continuous from the liquid reservoir groove to the outer peripheral edge of the frame,
6. The cell stack for a redox flow battery according to claim 4 or 5, wherein the discharge groove provided in each frame is opened to a lower side of the cell stack in a state where the cell stack is installed. .
前記セルスタックは、複数の前記排出孔が連続して構成された排出路を具え、前記排出路の少なくとも一方の開口部が当該排出路に溜められた電解液の排出に利用されることを特徴とする請求項4に記載のレドックスフロー電池用セルスタック。 Each of the frames includes the liquid reservoir groove and a discharge hole provided continuously to the liquid reservoir groove and penetrating the front and back of each frame.
The cell stack includes a discharge path in which a plurality of the discharge holes are continuously formed, and at least one opening of the discharge path is used for discharging an electrolyte stored in the discharge path. The cell stack for a redox flow battery according to claim 4.
前記セルスタックは、複数の前記排出孔が連続して構成された排出路を具え、
前記排出路の両端が閉じられており、
複数の前記フレームのうち、少なくとも一つのフレームは、前記排出路から当該フレームの外周縁に連続し、前記排出路に溜められた電解液を排出する排出溝を具えることを特徴とする請求項4に記載のレドックスフロー電池用セルスタック。 Each of the frames includes the liquid reservoir groove and a discharge hole provided continuously to the liquid reservoir groove and penetrating the front and back of each frame.
The cell stack includes a discharge path in which a plurality of the discharge holes are continuously formed,
Both ends of the discharge path are closed,
The at least one frame of the plurality of frames includes a discharge groove that continues from the discharge path to an outer peripheral edge of the frame and discharges the electrolyte stored in the discharge path. The cell stack for redox flow batteries according to 4.
前記セルスタックは、請求項4〜8のいずれか1項に記載のレドックスフロー電池用セルスタックであり、
前記液溜め溝に集められた電解液を検知する漏洩センサを具えることを特徴とするレドックスフロー電池。 A cell stack in which a diaphragm is interposed between a positive electrode and a negative electrode, and a frame having a bipolar plate, and each electrode supplied to the electrode of each electrode included in the cell stack A redox flow battery comprising each electrode tank for storing an electrolyte, and a flow path for transferring each electrode electrolyte between the cell stack and each electrode tank,
The cell stack is a cell stack for a redox flow battery according to any one of claims 4 to 8,
A redox flow battery comprising a leakage sensor for detecting an electrolyte collected in the liquid storage groove.
前記セルスタックは、請求項6に記載のレドックスフロー電池用セルスタックであり、
前記排出溝の開口部の下方に配置され、当該排出溝からの電解液を受ける液受け樋と、
前記液受け樋に集められた電解液を検知する漏洩センサとを具えることを特徴とするレドックスフロー電池。 A cell stack in which a diaphragm is interposed between a positive electrode and a negative electrode, and a frame having a bipolar plate, and each electrode supplied to the electrode of each electrode included in the cell stack A redox flow battery comprising each electrode tank for storing an electrolyte, and a flow path for transferring each electrode electrolyte between the cell stack and each electrode tank,
The cell stack is a cell stack for a redox flow battery according to claim 6,
A liquid receptacle that is disposed below the opening of the discharge groove and receives the electrolytic solution from the discharge groove;
A redox flow battery comprising: a leak sensor for detecting an electrolyte collected in the liquid receptacle.
前記セルスタックは、請求項7又は8に記載のレドックスフロー電池用セルスタックであり、
前記セルスタックに具える前記排出路内に収納されて、当該排出路内の電解液を検知する漏洩センサを具え、この漏洩センサが紐状センサであることを特徴とするレドックスフロー電池。 A cell stack in which a diaphragm is interposed between a positive electrode and a negative electrode, and a frame having a bipolar plate, and each electrode supplied to the electrode of each electrode included in the cell stack A redox flow battery comprising each electrode tank for storing an electrolyte, and a flow path for transferring each electrode electrolyte between the cell stack and each electrode tank,
The cell stack is a cell stack for a redox flow battery according to claim 7 or 8,
A redox flow battery comprising a leak sensor housed in the discharge path provided in the cell stack and detecting an electrolytic solution in the discharge path, wherein the leak sensor is a string sensor.
前記漏洩センサからの情報に基づき前記各極タンクから前記セルスタックへの電解液の供給状態を制御する制御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。 The redox flow battery according to any one of claims 9 to 12,
A redox flow battery system comprising: a control unit that controls a supply state of an electrolyte from each of the electrode tanks to the cell stack based on information from the leakage sensor.
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Cited By (5)
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---|---|---|---|---|
CN102709571A (en) * | 2012-06-29 | 2012-10-03 | 中国东方电气集团有限公司 | Porous electrode, and flow battery, battery stack, and battery system containing porous electrodes |
KR101367625B1 (en) * | 2012-10-11 | 2014-02-28 | 한국과학기술원 | Redox flow battery |
KR101491828B1 (en) | 2013-07-08 | 2015-02-11 | 한국과학기술원 | Electrolyte monitoring method in redox flow battery |
FR3064115A1 (en) * | 2017-03-20 | 2018-09-21 | Areva Stockage D'energie | TRANSPORTABLE CIRCULATION BATTERY SYSTEM AND METHOD OF INSTALLING SUCH A SYSTEM |
WO2022248633A1 (en) | 2021-05-25 | 2022-12-01 | Invinity Energy Systems (Canada) Corporation | Redox flow battery system and method for improved electrolyte leak detection |
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2010
- 2010-11-04 JP JP2010247909A patent/JP2012099416A/en active Pending
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