JP2012501042A - 一体型マニホールド - Google Patents

Abstract

流動電解液電池のセルスタック（２０）に隣接する一体型マニホールドの流路を形成する方法は、セルスタック（２０）のマニホールドとキャピラリー管との間において、強化された封止を提供する。方法は、セルスタック（２０）のセルのキャピラリー開口部に向かって開放されている、セルスタック（２０）に隣接する型穴（４４）を形成する工程を包含する。その後、ピン（３８）の端部領域がキャピラリー開口部と連続している、複数のピン（３８）が型穴（４４）内に配設される。その後、型穴（４４）に材料が充填され、材料が凝固し、成形部分となることが許容される。その後、成形部分からピン（３８）が取り外され、それにより、キャピラリー開口部と流体連通する流路が成形部分内に形成される。

Description

本発明は、流動電解液電池マニホールドに関する。とりわけ、制限されるものではないが、本発明は、流動電解液電池のセルスタックのための一体型マニホールドを形成する方法に関する。

発明の背景

独立型の電力供給システムで使用される電池は、通例、鉛蓄電池である。しかしながら、鉛蓄電池は、性能および環境安全性の点で制約を有する。通常の鉛蓄電池は、特に、ときとして完全に放電されると、多くの場合、高温の気候条件下で非常に短い寿命を有する。鉛蓄電池は、鉛が鉛蓄電池の主要成分であり、製造および廃棄時に深刻な環境問題を引き起こすことができるため、環境的に有害でもある。

流動電解液電池、例えば、亜鉛−臭素電池、亜鉛−塩素電池およびバナジウムフロー電池は、先に言及した鉛蓄電池の制約を克服する潜在性をもたらす。とりわけ、流動電解液電池の有効寿命は、深放電用途による影響を受けず、流動電解液電池のエネルギー対重量比は、鉛蓄電池のエネルギー対重量比よりも最大で６倍高い。

しかしながら、流動電解液電池の製造は、鉛蓄電池の製造よりも困難であることができる。流動電解液電池は、鉛蓄電池と同様に、セルのスタックを含み、個々のセルの電圧よりも高い所定の電圧を生成する。しかし、鉛蓄電池と異なり、流動電解液電池のセルは、電解液循環経路を通じて液圧的に接続される。これは、分流が電解液循環経路を通じ、直列接続されたセル間を流動し、エネルギー損失およびセルの個々の充電状態の不均衡を引き起こすことができるにつれ、問題的であることができる。そのような分流を防止または低減するため、流動電解液電池は、セル間に十分に長い電解液循環経路を画定し、それにより、セル間の電気抵抗を増大させる。

電解液は、通例、外部マニホールドを介してセルスタックに供給され、排出される。各セルは、電解液循環経路のキャピラリー開口部に複数個の入口および出口を有する。各外部マニホールドは、エラストマー接続管のアレイを含む精巧な接続装置を使用して、セルスタックの循環経路に接続される。通常の５４セルスタックでは、２１６本のエラストマー接続管が要求される。そのような精巧な接続装置は、製造が困難であるだけでなく、組み立ておよび使用時に損傷しやすくもある。

図１を参照すると、略図は、先行技術によって公知であるように、流動電解液電池のためのセルスタック１０の斜視図を図示する。セルスタック１０のセルは、エラストマー接続管のアレイ１４を介し、外部マニホールド本体１２に接続されている。

したがって、先行技術の流動電解液電池に伴う、先に述べた問題の多くを克服または軽減することが要望されている。

発明の目的

したがって、本発明の目的は、流動電解液電池のための改良されたマニホールドを提供することを包含し、先行技術の一つ以上の制約を克服または軽減することである。

本発明のさらなる目的は、電解液電池のセルスタックのための一体型マニホールドを形成する方法を提供することである。

唯一または実際に最も広範な形態であることは要望されないが、第一の形態では、本発明は、流動電解液電池のセルスタックに隣接する一体型マニホールドの流路を形成する方法であって、：
セルスタックのセルのキャピラリー開口部に向かって開放され、セルスタックに隣接する型穴を形成する工程；
その端部領域がキャピラリー開口部と連続する複数のピンを型穴内に配設する工程；
型穴に材料を充填する工程；
材料が凝固し、成形部分となることを許容する工程；および
成形部分からピンを取り外し、それにより、キャピラリー開口部と流体連通する流路を成形部分内に形成する工程
を包含する、方法に存する。

好ましくは、方法は、流路に隣接し、流路が開放されているマニホールド穴を形成する工程を包含する。

一つの態様では、型穴に材料を充填する前に、マニホールド穴を画定するマニホールドプラグが型穴に挿入され、ピンがマニホールドプラグを通じて通過する。

もう一つの態様では、成形部分内にマニホールド穴を加工することにより、マニホールド穴が形成される。

好ましくは、方法は、マニホールド穴と成形部分の外面との間に延伸する流路の一部を閉鎖する工程を包含する。

好ましくは、ハーフセル内に延伸するキャピラリー管の管端部にキャピラリー開口部が画定されている。

好ましくは、複数のピンの各ピンが、材料が凝固するにつれて型穴の外側にある頭部と、キャピラリー開口部の一つに受けられる内側端部とを有する。

好ましくは、各ピンの頭部が内側端部よりも大きい直径を有する。

好ましくは、成形部分が形成された後に取り外される型枠により、型穴が形成される。

好ましくは、成形部分からピンを取り外すため、引き抜きパネルが使用される。

好ましくは、型枠がその中に画定された開部を有し、各ピンを型穴内に挿入するときに、複数のピンの各ピンが開部内に配設される。

本発明は、さらに、本発明の第一の形態に従って形成された一体型マニホールドを有する、流動電解液電池に及ぶ。

本発明を理解することを補助し、当業者が本発明を実用化することを可能にするため、添付の図面を参照しながら、例としてのみ、本発明の好ましい態様を以下に記載する。
先行技術によって公知であるように、外部マニホールドを持つ流動電解液電池の概略斜視図である。 型枠の下部パネルの上部に配設された流動電解液電池のセルスタックの一部の概略斜視図である。 図１のセルスタックの一部および型枠下部パネル上に配設されたマニホールドプラグの概略斜視図である。 内側端部がセルスタックのキャピラリー開口部に受けられるように、マニホールドプラグを通じて延伸するピンを示す、図３のセルスタックおよびマニホールドプラグの概略斜視図である。 さらに、型枠の端部パネルおよび上部パネルを示す、図４のセルスタック、マニホールドプラグおよびピンの概略斜視図である。 さらに、型枠の側面パネルを示す、図５と同じ概略斜視図である。 図６の型枠のもう一つの概略斜視図を示す。 本発明に従って形成された一体型マニホールドを示す、すべての型パネルが取り外されたセルスタックの隅部の概略斜視図である。 図８の一体型マニホールドを形成する方法で使用される、ピンの側面図を示す。

発明の詳細な説明
本発明の態様は、流動電解液電池のセルスタックに隣接する、一体型マニホールドの流路を形成する方法と、一体型マニホールドを有する流動電解液電池とを含む。図面では、本発明の要素を簡潔な輪郭線の形態で図示しているが、しかし、本説明に照らして当業者に自明である過剰な詳細で本開示を煩雑にしないようするため、本発明の態様の理解に不可欠な一定の詳細のみを示す。

本特許明細書では、形容詞、例えば、第一および第二、左側および右側、前部および後部、上部および下部などは、一つの要素または方法工程をもう一つの要素または方法工程から区別して画定するためだけに使用され、形容詞によって記載される一定の相対的な配置または順序は、必ずしも要求されない。用語、例えば、「含む」または「包含する」は、要素または方法工程の排他的な集合を画定するために使用されるものではない。むしろ、そのような用語は、単に、本発明の特定の態様に包含される要素または方法工程の最小限の集合を画定する。

図面の図２、３および５〜８を参照しながら、順次、流動電解液電池の一体型マニホールドを形成する方法を記載する。図面は、流動電解液電池のセルスタックの一つのみの隅部における一体型マニホールドの形成を示す。セルスタックの四つのすべての隅部または流動電解液電池上の他の箇所において、同等の一体型マニホールドが形成されることを認識する必要がある。

図２を参照すると、略図は、流動電解液電池のセルスタック２０の隅部の斜視図を図示する。一体型マニホールドを形成する第一の工程として、型枠の下部パネル２２上にセルスタック２０が配設されている。下部パネル２２は、その側面に画定された位置決め孔２３を有する。

セルスタック２０は、複数のハーフセルを画定するため、分離板２５によって分離された電極板２４のスタックを含む。ハーフセルは、２００８年３月１３日に提出され、国際公開公報第２００８／１１６２４８号として公開され、参照により本明細書に組み入れられる、本出願人の同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＡＵ２００８／０００３５３号に記載されている、ハーフセルと同等である。各ハーフセルは、電極板２４、隣接する分離板２５およびキャピラリー管２６を含む。キャピラリー管２６は、各電極板２４と隣接する分離板２５との間に形成されたキャピラリー管チャネル内に配置されている。図示するように、キャピラリー管２６は、電極板２４および分離板２５の縁端からわずかに外方に延伸している。ハーフセルは、一般的に、上部平面図では矩形であるが、しかし、その隅部に切り欠き領域２８を有する。キャピラリー管２６は、高分子材料または射出プラスチックへの溶接に適合する任意の他の材料であることができる。

下部パネル２２は、セルスタック２０の隅部に隣接する穴を共に画定する、型枠の一部である。図面の図５を参照しながら、より詳細に穴を記載する。

図３を参照すると、マニホールドプラグ３０は、下部パネル２２上に配設されている。マニホールドプラグ３０は、切り欠き領域２８内に配設されている。マニホールドプラグ３０は、一般的に、円筒形であり、ベース３２および上端部３４を有する。ベース３２は、下部パネル２２上に支持されている。マニホールドプラグ３０内には、二つの組の交互の孔３６が画定されている。孔３６は、セルスタック２０のキャピラリー管２６の開口部と整列している。

図４は、マニホールドプラグ３０の孔３６に挿入されたピン３８を示す。ピン３８は、ピン３８がマニホールドプラグ３０を通じて通過する構成で孔３６に挿入されている。ピン３８の内側端部は、キャピラリー管２６の開口部と連続しており、それにより、管２６を閉鎖している。図４は、マニホールドプラグ３０およびセルスタック２０に対する相対的なピン３８の配列の例示であるが、しかし、一体型マニホールドを形成する方法の工程の例示ではない。

図５は、一体型マニホールドの形成における次の工程を示す。型枠の上部パネル４０がセルスタック２０の上部に設置され、型枠の端部パネル４２がセルスタック２０の端部を閉鎖している。型穴４４は、下部パネル２２と、上部パネル４０と、端部パネル４２と、側面パネル５０（図６に表示する）との間に画定されている。端部パネル４２は、マニホールドプラグ３０の孔３６と整列する一組の交互の孔を有する。上部パネル４０は、型穴４４に向かって開放されている充填孔４８を有する。使用においては、加熱された成形材料が充填孔４８を介し、型穴４４内に射出される。加熱された成形材料は、事実上、電極板２４およびキャピラリー管２６に接合する任意の高分子材料であることができる。加熱された成形材料は、電極板２４の露出した縁端に接合し、電極板２４間に気密封止を形成する。さらに、加熱された成形材料は、電極板２４の縁端から外方に延伸している、各キャピラリー管２６の外表面の周囲部に接合し、気密封止を形成する。

上部パネル４０は、さらに、マニホールドプラグ３０と整列し、マニホールドプラグ３０の上端部３４を受ける、孔４６を包含する。

ピン３８は、端部パネル４２の孔を介して型穴内に挿入されている。ピン３８は、マニホールドプラグ３０を通じて通過し、ピン３８の内側端部は、図４を参照しながら先に記載したように、キャピラリー管２６の開口部に受けられている。

図６および７は、型枠で覆われたセルスタック２０の隅部の異なる概略斜視図を示す。型枠は、上部パネル４０および下部パネル２２の位置決め孔２３と整列する、座ぐり孔５２を有する、側面パネル５０を包含する。側面パネル５０は、座ぐり孔５２を通じて延伸し、位置決め孔２３に係合する固締具により、配置に固締されている。図示するように、ピン３８も、端部パネル４２の外側に配設された引き抜きパネル４３の交互の孔を通じて延伸している。

図６および７に示すように、セルスタック２０が型枠で覆われた後、型穴４４に成形材料が充填される。例を挙げると、そのような成形材料は、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはもう一つの好適な材料であることができる。成形材料は、その後、固化することが許容される。

図８を参照すると、成形材料が固化した後、型枠を共に保持する固締具が取り外され、ピン３８ならびにそれぞれのパネル２２、４０、４２および５０も取り外されている。ピン３８は、引き抜きパネル４３を引いて端部パネル４２から離すことにより、取り外されている。最後に、マニホールドプラグ３０も取り外されている。結果的な成形部分５４は、マニホールドプラグ３０の以前の箇所によって画定されたマニホールド穴５８と、キャピラリー管２６との間に延伸している、流路５６を有する。その後、成形部分５４の外側からマニホールド穴５８に通じる流路５９が閉止される。流動電解液電池の一体型マニホールドは、このように、成形部分５４内に形成されたマニホールド穴５８および流路５６を含む。流路５６は、マニホールド穴５８をキャピラリー管２６に流体的に接続する。

あるいは、パネル２２、４０、４２および５０を組み立て、型を形成するときに、型穴４４からマニホールドプラグ３０を除くことにより、マニホールド穴を形成することができる。型の内部で成形材料が固化し、型パネル２２、４０、４２および５０が取り外された後、成形部分５４に孔を穿孔することにより、マニホールド穴が形成される。

本発明の一体型マニホールドを形成した後、成形部分５４の側面上を包含する、セルスタック２０の側面上に側面パネル（図示せず）を溶接し、事実上、セルスタックを封止することができる。そのような側面パネルを取り付けるための各種の溶接手法が当業者に公知である。

図９を参照すると、ピン３８は、内側端部６０、頭部６２および内側端部６０と頭部６２との間に延伸する軸６４を有する。内側端部６０は、キャピラリー管２６の開口部に受けられる寸法であり、キャピラリー管２６を封止し、型穴４４に充填するときに、液体成形材料がキャピラリー管２６の開口部を閉塞することを防止する。軸６４は、マニホールドプラグ３０の孔３６に受けられる寸法であり、マニホールド穴５８を封止し、型穴４４に充填するときに、液体成形材料がマニホールド穴５８に入ることを防止する。頭部６２の直径は、引き抜きパネル４３の孔よりも大きい寸法である。そのため、引き抜きパネル４３を引いて端部板４２から離すことにより、ピン３８を型穴４４から引き抜くことができる。

上記に記載した方式で形成された一体型マニホールドは、先行技術の外部マニホールドよりも損傷しやすくなく、流動電解液電池のセルスタックのマニホールドとキャピラリー管との間において、強化された封止を提供する。

一体型マニホールドを形成するためのキットは、マニホールドプラグ３０、ピン３８ならびにパネル２２、４０、４２および５０を含む。

本発明の各種の態様の先の説明は、関連技術の当業者に対する説明を趣旨として提供されている。それは、網羅的であるか、本発明を単一の開示された態様に限定することを意図したものではない。先に言及したように、先に教示した技術の当業者には、本発明の多数の代替および変形態様が明白である。それゆえに、いくつかの代替態様を具体的に述べた一方、当業者においては、他の態様が明白であるか、比較的容易に開発される。本特許明細書は、本明細書で述べた本発明のすべての代替、変形および変形態様ならびに先に記載した本発明の本質および範囲内にある他の態様を包摂することを意図している。

Claims (12)

1. 流動電解液電池のセルスタックに隣接する一体型マニホールドの流路を形成する方法であって、：
   セルスタックのセルのキャピラリー開口部に向かって開放され、セルスタックに隣接する型穴を形成する工程；
   その端部領域がキャピラリー開口部と連続する複数のピンを型穴内に配設する工程；
   型穴に材料を充填する工程；
   材料が凝固し、成形部分となることを許容する工程；および
   成形部分からピンを取り外し、それにより、キャピラリー開口部と流体連通する流路を成形部分内に形成する工程
   を含む、方法。
2. さらに、流路に隣接し、流路が開放されているマニホールド穴を形成する工程を含む、請求項１記載の方法。
3. 型穴に材料を充填する前に、マニホールド穴を画定するマニホールドプラグが型穴に挿入され、ピンがマニホールドプラグを通じて通過する、請求項１記載の方法。
4. 成形部分内にマニホールド穴を加工することにより、マニホールド穴が形成される、請求項２記載の方法。
5. さらに、マニホールド穴と成形部分の外面との間に延伸する流路の一部を閉鎖する工程を含む、請求項１記載の方法。
6. ハーフセル内に延伸するキャピラリー管の管端部にキャピラリー開口部が画定されている、請求項１記載の方法。
7. 複数のピンの各ピンが、材料が凝固するにつれて型穴の外側にある頭部と、キャピラリー開口部の一つに受けられる内側端部とを有する、請求項１記載の方法。
8. 各ピンの頭部が、内側端部よりも大きい直径を有する、請求項７記載の方法。
9. 成形部分が形成された後に取り外される型枠により、型穴が形成される、請求項１記載の方法。
10. 型枠がその中に画定された開部を有し、各ピンを型穴内に挿入するときに、複数のピンの各ピンが開部内に配設される、請求項９記載の方法。
11. 成形部分からピンを取り外すため、引き抜きパネルが使用される、請求項１記載の方法。
12. 一体型マニホールドが請求項１記載の方法によって形成された流路を含む、流動電解液電池のセルスタックのための一体型マニホールド。

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