JP2015219990A - Redox flow battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解液を電池ユニットに流通させることで充放電を行うレドックスフロー電池に関する。 The present invention relates to a redox flow battery that performs charging / discharging by circulating an electrolytic solution through a battery unit.
昨今、地球温暖化への対策として、太陽光発電、風力発電といった自然エネルギー(所謂、再生可能エネルギー)を利用した発電が世界的に活発に行なわれている。これらの発電出力は、天候などの自然条件に大きく左右される。そのため、電力系統に占める自然エネルギーの割合が増えると、電力系統の運用に際しての問題、例えば周波数や電圧の維持が困難になるといった問題が予測される。この問題の対策の一つとして、大容量の蓄電池を設置して、出力変動の平滑化、余剰電力の蓄電、負荷平準化などを図ることが挙げられる。 Recently, as a countermeasure against global warming, power generation using natural energy (so-called renewable energy) such as solar power generation and wind power generation has been actively performed worldwide. These power generation outputs greatly depend on natural conditions such as the weather. Therefore, when the proportion of natural energy in the power system increases, problems in operating the power system, for example, problems such as difficulty in maintaining the frequency and voltage are predicted. One solution to this problem is to install large-capacity storage batteries to smooth output fluctuations, store surplus power, and level load.
大容量の蓄電池の一つに、図6の動作原理図に示すレドックスフロー電池(以下、RF電池β)がある。RF電池βは、代表的には、交流/直流変換器を介して、発電部(例えば、太陽光発電装置や風力発電装置、その他一般の発電所など)と負荷(需要家など)との間に接続され、発電部で発電した電力を充電して蓄え、又は、蓄えた電力を放電して負荷に供給する。 One of the large-capacity storage batteries is a redox flow battery (hereinafter referred to as RF battery β) shown in FIG. The RF battery β is typically connected between a power generation unit (for example, a solar power generation device, a wind power generation device, other general power plants, etc.) and a load (such as a customer) via an AC / DC converter. The power generated by the power generation unit is charged and stored, or the stored power is discharged and supplied to the load.
RF電池βには、単数あるいは複数の電池ユニット100が備わっている。電池ユニット100は、正極電極104を内蔵する正極セル部102と、負極電極105を内蔵する負極セル部103と、両セル部102,103を分離すると共にイオンを透過する隔膜101と、を備え、充放電を担う。正極セル部102には、正極電解液を貯留する正極用の電解液タンク106が配管108,110を介して接続されている。負極セル部103には、負極電解液を貯留する負極用の電解液タンク107が配管109,111を介して接続されている。また、配管108,109にはそれぞれ、各電解液を循環させるポンプ112,113が設けられている。電池ユニット100は、配管108〜111とポンプ112,113によって、正極セル部102(正極電極104)及び負極セル部103(負極電極105)にそれぞれ正極用タンク106の正極電解液及び負極用タンク107の負極電解液を循環供給して、両極における電解液中の活物質となる金属イオン(図示例ではバナジウムイオン)の価数変化に伴って充放電を行う。
The RF battery β includes one or a plurality of
ここで、RF電池βでは、設置環境の温度変化や充放電時の発熱などによって電解液タンク106,107内の気相が膨張あるいは収縮する。例えば、電解液タンク106,107内が大気圧よりも高い正圧となった場合、電解液タンク106,107が破裂する恐れがある。また、電解液タンク106,107内が大気圧よりも低い負圧となった場合、電解液タンク106,107が凹んで損傷する恐れがある。その対策として、レドックスフロー電池に、電解液タンク106,107の内部を大気圧付近に調整する圧力調整機構を設けることが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
Here, in the RF battery β, the gas phase in the
特許文献1には、調圧液を蓄えた第1気圧保持容器と第2気圧保持容器とで構成される圧力調整機構が開示されている(特許文献1の図1参照)。第1気圧保持容器内の気相は、第1連通手段によって貯液タンク(電解液タンク)内の気相に連通されており、第1気圧保持容器内の液相と第2気圧保持容器内の液相とが第2連通手段によって連通されている。さらに第2気圧保持容器内の気相は大気に開放されている。このような構成の圧力調整機構であれば、電解液タンクが正圧となった場合、特許文献1の図2に示すように第1気圧保持容器の液面が下がり、第2気圧保持容器の液面が上がることで、電解液タンク内の圧力が大気圧付近まで下がる。一方、電解液タンクが負圧になった場合、特許文献1の図3に示すように第1気圧保持容器の液面が上がり、第2気圧保持容器の液面が下がることで、電解液タンク内の圧力が大気圧付近まで上がる。
さらに上記特許文献1の構成によれば、電解液タンク内が負圧となったときに、電解液タンク内に大気が吸い込まれることを抑制することができ、大気によって電解液が劣化することを抑制することができる。電解液タンクに大気が吸い込まれることを抑制できるのは、第2気圧保持容器と第1気圧保持容器とを繋ぐ第2連通手段に調圧液が満ちているからである。
Furthermore, according to the configuration of
しかし、特許文献1の構成では、第2気圧保持容器内の気相が大気に開放しているため、容器内の調圧液が蒸散する。そのため、調圧液の液量をかなりの頻度で監視し、適宜補充する必要がある。このようなレドックスフロー電池の運転時のメンテナンスの手間が煩雑であるため、その手間を低減することが望まれている。
However, in the configuration of
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的の一つは、運転時のメンテナンスの手間が少ないレドックスフロー電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a redox flow battery that requires less maintenance during operation.
本発明の一態様に係るレドックスフロー電池は、電池ユニットと、正極用の電解液タンクと、負極用の電解液タンクと、圧力調整機構と、を備える。電池ユニットは、正極電極、負極電極、および隔膜を有する。正極用の電解液タンクは、電池ユニットに供給される正極電解液を貯留する。負極用の電解液タンクは、電池ユニットに供給される負極電解液を貯留する。圧力調整機構は、正極用の電解液タンクおよび負極用の電解液タンクの少なくとも一方に取り付けられ、当該電解液タンク内の気相の圧力を調節する。その圧力調整機構は、調圧液を貯留する貯留容器、電解液タンク内の気相から伸び、貯留容器内の気相を通って、貯留容器内の液相内に開口する第一排気管、および一端が貯留容器内の気相に開口し、他端が大気に開口する第二排気管を備える水封弁と、貯留容器内に調圧液を補給する給液機構と、を備える。 The redox flow battery which concerns on 1 aspect of this invention is equipped with a battery unit, the electrolyte solution tank for positive electrodes, the electrolyte solution tank for negative electrodes, and a pressure adjustment mechanism. The battery unit has a positive electrode, a negative electrode, and a diaphragm. The positive electrode electrolyte tank stores the positive electrode electrolyte supplied to the battery unit. The negative electrode electrolyte solution tank stores the negative electrode electrolyte supplied to the battery unit. The pressure adjustment mechanism is attached to at least one of the positive electrode electrolyte tank and the negative electrode electrolyte tank, and adjusts the pressure of the gas phase in the electrolyte tank. The pressure adjusting mechanism is a storage container that stores the pressure adjusting liquid, a first exhaust pipe that extends from the gas phase in the electrolyte tank, passes through the gas phase in the storage container, and opens into the liquid phase in the storage container, And a water seal valve provided with a second exhaust pipe having one end opened to the gas phase in the storage container and the other end opened to the atmosphere, and a liquid supply mechanism for replenishing the pressure adjusting liquid in the storage container.
上記レドックスフロー電池は、メンテナンスの手間が少ない。 The above redox flow battery requires less maintenance.
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明に係る実施形態の内容を列記して説明する。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
First, the contents of the embodiment according to the present invention will be listed and described.
[1]実施形態に係るレドックスフロー電池は、電池ユニットと、正極用の電解液タンクと、負極用の電解液タンクと、圧力調整機構と、を備える。電池ユニットは、正極電極、負極電極、および隔膜を有する。正極用の電解液タンクは、電池ユニットに供給される正極電解液を貯留する。負極用の電解液タンクは、電池ユニットに供給される負極電解液を貯留する。圧力調整機構は、正極用の電解液タンクおよび負極用の電解液タンクの少なくとも一方に取り付けられ、当該電解液タンク内の気相の圧力を調節する。その圧力調整機構は、調圧液を貯留する貯留容器、電解液タンク内の気相から伸び、貯留容器内の気相を通って、貯留容器内の液相内に開口する第一排気管、および一端が貯留容器内の気相に開口し、他端が大気に開口する第二排気管を備える水封弁と、貯留容器内に調圧液を補給する給液機構と、を備える。 [1] A redox flow battery according to an embodiment includes a battery unit, an electrolyte tank for a positive electrode, an electrolyte tank for a negative electrode, and a pressure adjustment mechanism. The battery unit has a positive electrode, a negative electrode, and a diaphragm. The positive electrode electrolyte tank stores the positive electrode electrolyte supplied to the battery unit. The negative electrode electrolyte solution tank stores the negative electrode electrolyte supplied to the battery unit. The pressure adjustment mechanism is attached to at least one of the positive electrode electrolyte tank and the negative electrode electrolyte tank, and adjusts the pressure of the gas phase in the electrolyte tank. The pressure adjusting mechanism is a storage container that stores the pressure adjusting liquid, a first exhaust pipe that extends from the gas phase in the electrolyte tank, passes through the gas phase in the storage container, and opens into the liquid phase in the storage container, And a water seal valve provided with a second exhaust pipe having one end opened to the gas phase in the storage container and the other end opened to the atmosphere, and a liquid supply mechanism for replenishing the pressure adjusting liquid in the storage container.
上記レドックスフロー電池の圧力調整機構に備わる水封弁は、電解液タンクの内部が正圧となったときに電解液タンク内の気体を大気に放出することができる。電解液タンク内の気体の移動状態を具体的に説明すると、電解液タンク内の気体は第一排気管を通って貯留容器内の液相に排出され、貯留容器内の気相に移行する。貯留容器の気体は第二排気管を介して大気に放出されるので、結果的に電解液タンク内の気体は外部に放出されることになり、電解液タンクの破裂が防止される。一方、上記水封弁は、電解液タンクの内部が負圧になったとき、電解液タンクの圧力を上げることにも寄与する。電解液タンクが負圧になったとき、第一排気管に調圧液が吸い込まれて、その分だけ第一排気管内の気相の容積が減少するからである。 The water seal valve provided in the pressure adjusting mechanism of the redox flow battery can release the gas in the electrolyte tank to the atmosphere when the inside of the electrolyte tank becomes a positive pressure. The movement state of the gas in the electrolytic solution tank will be specifically described. The gas in the electrolytic solution tank is discharged to the liquid phase in the storage container through the first exhaust pipe, and moves to the gas phase in the storage container. Since the gas in the storage container is released to the atmosphere through the second exhaust pipe, as a result, the gas in the electrolytic solution tank is released to the outside, and the electrolytic solution tank is prevented from bursting. On the other hand, the water seal valve also contributes to increasing the pressure of the electrolyte tank when the inside of the electrolyte tank becomes negative pressure. This is because when the electrolyte tank becomes negative pressure, the pressure adjusting liquid is sucked into the first exhaust pipe, and the volume of the gas phase in the first exhaust pipe decreases accordingly.
また、上記圧力調整機構を備えるレドックスフロー電池は、メンテナンスの手間が少ないレドックスフロー電池である。それは、水封弁の貯留容器に調圧液を補給する給液機構が備わっているからである。 Moreover, a redox flow battery provided with the said pressure adjustment mechanism is a redox flow battery with little maintenance effort. This is because a liquid supply mechanism for replenishing the pressure adjusting liquid to the storage container of the water seal valve is provided.
[2]実施形態のレドックスフロー電池として、給液機構は、補液タンクと第一配管と第二配管とを備える形態を挙げることができる。補液タンクは、補充用の調圧液を貯留する部材である。第一配管は、補液タンク内の気相から伸び、貯留容器内の気相を通って、貯留容器内の液面近傍に開口し、貯留容器内の液面によって開口部が開閉される部材である。第二配管は、補液タンク内の液相と貯留容器内の気相とに連通され、第一配管の開口部が開放されたときに補液タンクから貯留容器に調圧液を供給する部材である。 [2] As the redox flow battery according to the embodiment, the liquid supply mechanism may include a replacement fluid tank, a first pipe, and a second pipe. The replacement fluid tank is a member that stores a replenishing pressure adjustment fluid. The first pipe is a member that extends from the gas phase in the replacement liquid tank, passes through the gas phase in the storage container, opens near the liquid level in the storage container, and the opening is opened and closed by the liquid level in the storage container. is there. The second pipe is a member that communicates with the liquid phase in the replacement liquid tank and the gas phase in the storage container, and supplies the pressure adjusting liquid from the replacement liquid tank to the storage container when the opening of the first pipe is opened. .
上記構成によれば、水封弁の貯留容器内の調圧液が減少したとき、補液タンクから貯留容器に自動で調圧液を補充することができる。その結果、調圧液の監視・補充の手間を大幅に低減することができる。また、貯留容器内の調圧液が減少し過ぎて、電解液タンク内の気相が大気と連通することを抑制することができる。 According to the said structure, when the pressure regulation liquid in the storage container of a water seal valve reduces, a pressure regulation liquid can be automatically replenished to a storage container from a replacement liquid tank. As a result, the trouble of monitoring and replenishing the pressure adjusting liquid can be greatly reduced. Moreover, it can suppress that the pressure regulation liquid in a storage container reduces too much, and the gaseous phase in an electrolyte solution tank communicates with air | atmosphere.
[3]実施形態のレドックスフロー電池として、給液機構は、補液タンクと第三配管とを備える形態を挙げることができる。補液タンクは、補充用の調圧液を貯留する部材であって、その気相は密閉されている。第三配管は、補液タンク内の液相から伸び、貯留容器内の気相を通って、貯留容器内の液相の近傍に開口し、貯留容器内の液面によって開口部が開閉される部材である。 [3] As a redox flow battery according to the embodiment, the liquid supply mechanism may include a replacement fluid tank and a third pipe. The replacement fluid tank is a member for storing a replenishing pressure adjusting solution, and its gas phase is sealed. The third pipe extends from the liquid phase in the replacement tank, passes through the gas phase in the storage container, opens in the vicinity of the liquid phase in the storage container, and the opening is opened and closed by the liquid level in the storage container It is.
上記構成によれば、上記[2]の構成と同様に、水封弁の貯留容器内の調圧液が減少したとき、補液タンクから貯留容器に自動で調圧液を補充することができる。また、この構成は、上記[2]の構成よりもシンプルで、作製が容易である。 According to the above configuration, similarly to the configuration of [2] above, when the pressure adjusting liquid in the storage container of the water seal valve decreases, the pressure adjusting liquid can be automatically replenished from the replacement liquid tank to the storage container. Further, this configuration is simpler than the configuration [2] and is easy to manufacture.
[4]補液タンクを備える実施形態のレドックスフロー電池として、水封弁はさらに、第一排気管の開口部側の部分を内部に収納し、第一排気管から排出される気泡によって生じる貯留容器内の液面の波立ちを抑える防波筒を備える形態を挙げることができる。この防波筒の下方側の開口部、および上方側の開口部はそれぞれ、第一排気管の開口部よりも低い位置、および液面よりも高い位置に開口している。 [4] As a redox flow battery according to an embodiment including a replacement fluid tank, the water seal valve further stores a portion on the opening side of the first exhaust pipe inside, and a storage container generated by bubbles discharged from the first exhaust pipe The form provided with the wave-shielding cylinder which suppresses the wave | undulation of the liquid level inside can be mentioned. The opening on the lower side and the opening on the upper side of the wave preventing cylinder are opened at a position lower than the opening of the first exhaust pipe and a position higher than the liquid level, respectively.
水封弁に防波筒を設けることで、補液タンクからの調圧液の供給状態を安定化させることができ、補液タンクから貯留容器への不必要な調圧液の供給を抑制することができる。水封弁に設けられる防波筒の下方側の開口部が第一排気管の開口部よりも下側に開口しているため、電解液タンクから第一排気管に排出された気泡の多くが防波筒内の液相に入り込む。防波筒の上方側開口部は液面よりも高い位置に開口しているため、防波筒内の液相に入り込んだ気泡は、防波筒の内部の液面で弾ける。防波筒の内部の液面は、防波筒によって防波筒の外部の液面と区画されているため、防波筒の外側の液面の波立ちを抑制することができる。貯留容器内の液面の波立ちを抑制できれば、液面によって開閉される配管(上記[2]の構成では第一配管、上記[3]の構成では第三配管)の開口部が頻繁に開閉されることを抑制できる。その結果、補液タンクから貯留容器への調圧液の供給を適切な量とすることができる。 By providing the water seal valve with a wave-proof cylinder, it is possible to stabilize the supply state of the pressure adjustment liquid from the replacement liquid tank, and to suppress unnecessary supply of the pressure adjustment liquid from the replacement liquid tank to the storage container. it can. Since the opening on the lower side of the wave shield provided in the water seal valve opens below the opening of the first exhaust pipe, many of the bubbles discharged from the electrolyte tank to the first exhaust pipe It enters the liquid phase in the wave barrier. Since the upper opening of the wave-breaking cylinder is opened at a position higher than the liquid level, bubbles that have entered the liquid phase in the wave-breaking cylinder can be repelled by the liquid level inside the wave-breaking cylinder. Since the liquid level inside the wave breaker is separated from the liquid level outside the wave breaker by the wave breaker, the liquid surface outside the wave breaker can be suppressed. If the liquid level in the storage container can be suppressed, the opening of the pipe that is opened and closed by the liquid level (the first pipe in the configuration [2] and the third pipe in the configuration [3]) is frequently opened and closed. Can be suppressed. As a result, the supply of the pressure adjusting liquid from the replacement fluid tank to the storage container can be made an appropriate amount.
[5]本実施形態のレドックスフロー電池として、給液機構は、貯留容器内の気相に含まれる水蒸気を凝結させ、貯留容器内の液相に戻す第一の水生成装置を備える形態を挙げることができる。 [5] As the redox flow battery of the present embodiment, the liquid supply mechanism includes a first water generating device that condenses water vapor contained in the gas phase in the storage container and returns it to the liquid phase in the storage container. be able to.
貯留容器内の気相に含まれる水蒸気を用いて調圧液を補充することで、人の手による調圧液の補充頻度を大幅に低減することができる。 By replenishing the pressure adjustment liquid using water vapor contained in the gas phase in the storage container, the frequency of replenishment of the pressure adjustment liquid by human hands can be greatly reduced.
[6]本実施形態のレドックスフロー電池として、給液機構は、大気中に含まれる水蒸気を凝結させ、貯留容器内の液相に導入する第二の水生成装置を備える形態を挙げることができる。 [6] As the redox flow battery of the present embodiment, the liquid supply mechanism may include a second water generation device that condenses water vapor contained in the atmosphere and introduces it into the liquid phase in the storage container. .
大気中に含まれる水蒸気を用いて調圧液を補充することで、人の手による調圧液の補充頻度を大幅に低減することができる。 By replenishing the pressure adjustment liquid using water vapor contained in the atmosphere, the frequency of replenishment of the pressure adjustment liquid by human hands can be greatly reduced.
[7]本実施形態のレドックスフロー電池として、水封弁はさらに、貯留容器の側部または底部に開口し、所定量を超える調圧液を外部に排出するオーバーフロー管を備える形態を挙げることができる。 [7] As the redox flow battery of the present embodiment, the water seal valve may further include an overflow pipe that opens to the side portion or bottom portion of the storage container and discharges the regulated liquid exceeding a predetermined amount to the outside. it can.
貯留容器内の気相には多くの水蒸気が含まれているため、レドックスフロー電池の設置環境の温度が低下したとき、貯留容器内の水蒸気が結露して貯留容器内の調圧液が増加する場合がある。貯留容器内の調圧液が多くなりすぎると、調圧する圧力値が上昇するといった問題や、貯留容器から調圧液が溢れて水封弁が機能しなくなるといった問題が生じる恐れがある。オーバーフロー管を備える圧力調整機構によれば、貯留容器内に貯留される調圧液を所定量以下に制限することができるので、上記問題の発生を抑制することができる。 Since the vapor phase in the storage container contains a large amount of water vapor, when the temperature of the environment in which the redox flow battery is installed decreases, the water vapor in the storage container condenses and the pressure adjustment liquid in the storage container increases. There is a case. If the amount of pressure adjusting liquid in the storage container increases too much, there may be a problem that the pressure value to be adjusted increases, or a problem that the pressure adjusting liquid overflows from the storage container and the water seal valve does not function. According to the pressure adjustment mechanism including the overflow pipe, the pressure-regulating liquid stored in the storage container can be limited to a predetermined amount or less, so that the occurrence of the above problem can be suppressed.
[8]本実施形態のレドックスフロー電池として、正極用の電解液タンクおよび負極用の電解液タンクの少なくとも一方に取り付けられる呼吸袋を備える形態を挙げることができる。 [8] The redox flow battery of the present embodiment may include a form provided with a breathing bag attached to at least one of a positive electrode electrolyte tank and a negative electrode electrolyte tank.
呼吸袋を備えるレドックスフロー電池によれば、電解液タンクの内部が負圧になったときに、電解液タンクが凹むことを効果的に防止することができる。 According to the redox flow battery including the breathing bag, the electrolyte tank can be effectively prevented from being recessed when the inside of the electrolyte tank becomes negative pressure.
[本発明の実施形態の詳細]
本実施形態に係るレドックスフロー電池(以下、RF電池)を図面に基づいて説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるわけではなく、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の全ての変更が含まれることを意図する。
[Details of the embodiment of the present invention]
A redox flow battery (hereinafter referred to as an RF battery) according to this embodiment will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not necessarily limited to these illustrations, is shown by the claim, and intends that all the changes within the claim, the meaning equivalent, and the range are included.
<実施形態1>
図1に示すRF電池αは、気相連通管9と圧力調整機構1を備えること以外は、図6の動作原理図を用いて説明したRF電池βと同様の構成を備える。従って、図1のRF電池αにおける図6のRF電池βと共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
<
The RF battery α shown in FIG. 1 has the same configuration as the RF battery β described with reference to the operation principle diagram of FIG. 6 except that the gas
≪RF電池の全体構成≫
図1に示すRF電池αは、従来のRF電池βと同様に、電池ユニット100と、この電池ユニット100に電解液を供給する循環機構(電解液タンク106,107、配管108〜111、ポンプ112,113)とを備える。但し、図1に示すRF電池αにおける各部材の配置は、実際の配置に近い配置としている。例えば、図1の電解液タンク106,107の位置は、電池ユニット100よりも低い位置に配置されている。
≪Overall configuration of RF battery≫
The RF battery α shown in FIG. 1 has a
このRF電池αは、正極用の電解液タンク106内の気相と、負極用の電解液タンク107内の気相と、を連通する気相連通管9を備える。気相連通管9によって、両電解液タンク106,107内の気相を一体に扱うことができる。この気相連通管9の途中には、メンテナンス用のバルブを設けても構わない。
This RF battery α includes a gas
また、RF電池αは、各電解液タンク106,107に取り付けられる二つの圧力調整機構1と、各電解液タンク106,107に取り付けられる二つの呼吸袋3と、を備える。これらの部材1,3はいずれも、電解液タンク106,107内の圧力を調整するためのものであり、圧力調整機構1は主として電解液タンク106,107内が正圧になったときに機能し、呼吸袋3は主として電解液タンク106,107内が負圧になったときに機能する。
The RF battery α includes two
≪圧力調整機構≫
圧力調整機構1は、図2に示すように水封弁1Aと給液機構1Bとを備える。圧力調整機構1を各電解液タンク106,107に一つずつ設けているのは、いずれか一方が故障しても他方が機能することで、電解液タンク106,107内の圧力を調整できるようにするためである。
≪Pressure adjustment mechanism≫
The
[水封弁]
圧力調整機構1の水封弁1Aは、貯留容器10と第一排気管11と第二排気管12とを備える。貯留容器10は、調圧液10Lを貯留する部材である。第一排気管11は、電解液タンク106(107)内の気相から伸び、貯留容器10内の気相を通って、貯留容器10内の液相内に開口する部材である。第二排気管12は、その一端が貯留容器10内の気相に開口し、他端が大気に開口する部材である。
[Water seal valve]
The
調圧液10Lは、安価で入手が容易な水もしくは水溶液を用いることができる。水溶液としては、例えば希硫酸溶液などを挙げることができる。希硫酸溶液は、低温環境下であっても凍結し難いため、好ましい。 As the pressure adjusting liquid 10L, water or an aqueous solution that is inexpensive and easily available can be used. Examples of the aqueous solution include dilute sulfuric acid solution. The dilute sulfuric acid solution is preferable because it is difficult to freeze even in a low temperature environment.
貯留容器10、第一排気管11、および第二排気管12は、例えばポリ塩化ビニル(PVC)などの樹脂で構成することができる。ポリ塩化ビニルは、耐水性、耐酸性、耐アルカリ性、耐溶剤性で、安価であるため、好ましい。貯留容器10内の調圧液10Lの量を外部から確認できるように、貯留容器10は透明であることが好ましい。このような要請にもPVCが応えることができる。もちろん、第一排気管11および第二排気管12も透明として構わない。
The
貯留容器10の内容積は、0.2リットル(200cm3)以上20リットル以下とすることが好ましい。この範囲の内容積を有する貯留容器10であれば、水封弁1Aとしての機能を十分に発揮することができ、しかも水封弁1Aが大型化することを回避することができる。
The internal volume of the
電解液タンク106(107)の気相に繋がる第一排気管11の内径は、1cm以上10cm以下とすることが好ましい。この範囲の内径を有する第一排気管11であれば、電解液タンク107からの気体の排出がスムーズで、第一排気管11から貯留容器10内の液相に排出された気体によって形成される気泡のサイズが大きくなり過ぎることを回避できる。気泡が大きくなり過ぎると、調圧液10Lの液面が激しく泡立ち、調圧液10Lの蒸発量が大きくなる。なお、本例では、第一排気管11から排出される気泡の排出方向を一方側に限定するために、第一排気管11の開口端を斜めにカットしている。
The inner diameter of the
第二排気管12の内径は、1cm以上10cm以下とすることが好ましい。この範囲の内径を有する第二排気管12であれば、貯留容器10内の気体を速やかに外部に配置することができる。なお、第二排気管12は貯留容器10を大気に開口できる構成であれば良く、貯留容器10に開口部を形成する短管でも構わない。
The inner diameter of the
上記構成を備える水封弁1Aは、電解液タンク106,107内が正圧になったときに電解液タンク106,107の内部の圧力を大気圧付近に調整する機能を持つ。具体的には、電解液タンク106,107の内部が正圧となったとき、電解液タンク106,107内の気体は第一排気管11を通って貯留容器10内の液相に排出される(太線矢印参照)。液相に排出された気体は気泡となって液相中を上昇し、貯留容器10内の気相に移行する。貯留容器10の気体は、太線矢印で示すように第二排気管12を介して大気に放出される。このように電解液タンク106,107内の気体は、水封弁1Aによって外部に放出され、電解液タンク106,107の内部の圧力が大気圧付近に調整される。その結果、電解液タンク106,107の破裂を防止することができる。
The
また、上記構成を備える水封弁1Aは、電解液タンク106,107が負圧になったときに電解液タンク106,107の内部の圧力を大気圧に近づける機能も持つ。電解液タンク106,107が負圧になったとき、第一排気管11に調圧液10Lが吸い込まれて、その分だけ第一排気管11内の気相の容積が減少する。その結果、電解液タンク106,107の内部の圧力が上昇し、電解液タンク106,107の凹みが抑制される。
The
なお、電解液タンク106,107内部で発生する気体は、有害な気体である場合もある。そのため、第一排気管11の途中、あるいは第二排気管12の途中に、ガス除去装置を設けることが好ましい。ガス除去装置としては、例えば特開2007−311209号公報に記載のもの(例えば、酸化銅を用いたフィルター)を利用することができる。
The gas generated inside the
本例の水封弁1Aはさらに、貯留容器10の内部に防波筒13(破線参照)を備えていても良い。防波筒13は、第一排気管11の開口部側の部分を内部に収納し、第一排気管11から排出される気泡によって生じる貯留容器10中の液面の波立ちを抑える部材である。防波筒13の両端は開口している。
The
防波筒13の下方側の開口部は第一排気管11の開口部よりも下側に開口しているため、電解液タンク106,107から第一排気管11に排出された気泡の多くが防波筒13内の液相に入り込む。一方、防波筒13の上方側開口部は液面よりも高い位置に開口しているため、防波筒13内の液相に入り込んだ気泡は、防波筒13の内部の液面で弾ける。防波筒13の内部の液面は、防波筒13によって防波筒13の外部の液面と区画されているため、防波筒13の外側の液面の波立ち・泡立ちを抑制することができる。その結果として得られる効果については後述する。
Since the opening on the lower side of the wave-breaking
また、本例の水封弁1Aはさらに、貯留容器10の側部に開口するオーバーフロー管14を備える。オーバーフロー管14は、所定量を超える貯留容器10内の調圧液10Lを外部に排出することで、貯留容器10内に貯留される調圧液10Lを所定量以下に制限する部材である。RF電池αの設置環境の温度が低下したとき、貯留容器10内の水蒸気が結露して貯留容器10内の調圧液10Lが増加する。調圧液10Lが増加すると、調圧する圧力値が増加するといった問題や、貯留容器10から調圧液10Lが溢れて水封弁1Aが機能しなくなるといった問題が生じる恐れがある。オーバーフロー管14はその対策として設けられる。貯留容器10内に貯留される調圧液10Lの量は、0.1リットル以上10リットル以下とすることが好ましい。なお、オーバーフロー管14は、貯留容器10の底部に開口していても良い。その場合、貯留容器10の底部に繋がるオーバーフロー管14を、貯留容器10の上方側に向かって伸びるように屈曲させ、貯留容器10の液量が一定に維持されるようにする。
Further, the
[給液機構]
本例の給液機構1Bは、補液タンク20と第一配管21と第二配管22とを備える。補液タンク20は、調圧液10Lを貯留する部材である。第一配管21は、補液タンク20内の気相から伸び、貯留容器10内の気相を通って、貯留容器10の液面近傍に開口し、液面によって開口部が開閉される部材である。第二配管22は、補液タンク20内の液相と貯留容器10内の気相とに連通され、第一配管21の開口部が開放されたときに補液タンク20から貯留容器10に調圧液10Lを供給する部材である。第二配管22の開口位置は、第一配管21の下端よりも高い位置にある。
[Liquid supply mechanism]
The
補液タンク20、第一配管21、および第二配管22は、PVCなどの樹脂で構成することができる。PVCは、種々の耐性を持ち、安価であるため、好ましい。これらの部材20,21,22も、調圧液10Lの状態を確認できるように透明であることが好ましい。
The
補液タンク20の内容積は、1リットル以上100リットル以下とすることが好ましい。この範囲の内容積を有する補液タンク20であれば、水封弁1Aに調圧液10Lを補充する機能を十分に発揮することができる。一方、第一配管21の内径と第二配管22の内径とは0.5cm以上10cm以下とすることが好ましい。この補液タンク20は、その上面の位置に開閉可能な調圧液10Lの入れ口を備える。補液タンク20の入れ口は、RF電池の運転時は閉じておき、補液タンク20の気相を密閉状態にしておく。補液タンク20の密閉が十分でなく、補液タンク20の気相に大気が流入すると、補液タンク20の調圧液10Lが際限なく貯留容器10に供給されてしまう。
The internal volume of the
第二配管22は、その途中にバルブ22bを備える。このバルブ22bは、補液タンク20内に調圧液10Lを補充するときに、補液タンク20から貯留容器10内に調圧液10Lが流入することを防止するためのものである。バルブ22bがなければ、補液タンク20内に補充した調圧液10Lが際限なく貯留容器10に流入する。RF電池αの運転時は、バルブ22bは開けておく。
The
上記構成を備える給液機構1Bによれば、水封弁1A内の調圧液10Lの量が減少し、調圧液10Lの液面が第一配管21の下端よりも低くなったとき(図示する状態のとき)、第一配管21の開口部が開放され、第一配管21を介して貯留容器10内の気相から補液タンク20内の気相に気体が流入する。その流入の圧力で、補液タンク20内の調圧液10Lが、第二配管22を介して貯留容器10内に供給される。貯留容器10内の調圧液10Lの液面が第一配管21の開口部に達したら、開口部が閉鎖され、第一配管21を介した気体の流入が止まり、第二配管22を介した調圧液10Lの供給も止まる。以上説明したように、給液機構1Bは、補液タンク20内の調圧液10Lが無くなるまで、自動で貯留容器10内に調圧液10Lを供給し続けるため、貯留容器10内の調圧液10Lの監視・補充の手間を低減することができる。
According to the
ここで、本実施形態の水封弁1Aには防波筒13が設けられており、貯留容器10内の調圧液10Lの液面の波立ちが抑制されている。そのため、液面の波立ちによって第一配管21が頻繁に開閉され、補液タンク20から調圧液10Lが不必要に供給されることを抑制することができる。また、液面の波立ちを抑制することで、貯留容器10内の調圧液10Lがオーバーフロー管14から過剰に排出されることを回避することができる。
Here, the
≪呼吸袋≫
呼吸袋3は、図1に示すように、電解液タンク106,107内に垂下され、その内部が大気中に連通される部材である。呼吸袋3は、例えば特開2002−175825号公報に記載される公知の構成を利用することができる。
≪breathing bag≫
As shown in FIG. 1, the
呼吸袋3は、電解液タンク106,107内が負圧になったときに、その内部に大気を吸い込んで、電解液タンク106,107の内容積(呼吸袋3を除く)を減じ、電解液タンク106,107内の圧力を上昇させる。また、呼吸袋3は、電解液タンク106,107内が正圧になったときにも機能する。具体的には、呼吸袋3の内部の気体を大気に放出し、電解液タンク106,107の内容積(呼吸袋3を除く)を増やし、電解液タンク106,107内の圧力を低下させる。
When the inside of the
≪その他≫
図2を参照して説明した水封弁1Aを利用して、呼吸袋3が故障して動作しなくなったときのためのバックアップ機構を構成することもできる(実施形態2〜4においても同様)。その場合、水封弁1Aの第二排気管12を電解液タンク106(107)内の気相に連通させ、第一排気管11を大気に連通させると良い。このような構成とすれば、電解液タンク106,107内が負圧になったときに呼吸袋3が故障した場合、第一排気管11から大気が吸引され、第二排気管12を介して電解液タンク106,107内に大気が流入する。その結果、電解液タンク106,107内の圧力が上昇し、電解液タンク106,107の破裂が防止される。なお、大気によって電解液が劣化する恐れがあるため、この構成はあくまで呼吸袋3が故障したときの緊急対策用である。
≪Others≫
By using the
<実施形態2>
この実施形態2を含む以降の実施形態では、図2に示す給液機構1Bを別の構成に置換した例を説明する。水封弁1Aの基本構成は、実施形態1と共通するため、その説明は省略する。
<Embodiment 2>
In the following embodiments including the second embodiment, an example in which the
図3に示す実施形態2の給液機構1Cは、補液タンク20と第三配管23とを備える。補液タンク20は、調圧液10Lを貯留する部材であって、貯留容器10よりも上方に配置されている。補液タンク20の上部は封止され、補液タンク20の気相はどこにも連通していない。一方、第三配管23は、補液タンク20内の液相から伸び、貯留容器10内の気相を通って、貯留容器10内の液相の近傍に開口し、液面によって開口部が開閉される部材である。第三配管23は、実施形態1の給液機構1Bにおける第一配管21の機能と第二配管22の機能を兼ね備える部材と考えて良い。この第三配管23の途中にはバルブ23bが設けられている。このバルブ23bは、補液タンク20内に調圧液10Lを補充するときに、補液タンク20から貯留容器10内に調圧液10Lが流入することを防止するためのものである。この給液機構1Cの補液タンク20も、実施形態1の構成と同様にその上面の位置に開閉可能な調圧液10Lの入れ口を備える。RF電池の運転時は、入れ口を閉じて、補液タンク20の気相を密閉状態にしておく。
A
補液タンク20の内容積は実施形態1と同程度とすることができる。一方、第三配管23の内径は1cm以上5cm以下とすることが好ましい。
The internal volume of the
上記構成を備える給液機構1Cによれば、貯留容器10内の調圧液10Lの量が減少し、調圧液10Lの液面が第三配管23よりも低くなったとき、第三配管23の開口部が開放され、第三配管23を介して補液タンク20内の調圧液10Lが貯留容器10内に供給される。貯留容器10内の調圧液10Lの液面が第三配管23の開口部に達したら、開口部が閉鎖され、第三配管23を調圧液10Lの供給も止まる。ここで、水封弁1Aに防波筒13を設け、貯留容器10内の調圧液10Lの液面の波立ちを抑制することで、第三配管23の開口部の開閉状態を安定させることができる。以上説明したように、給液機構1Cは、補液タンク20内の調圧液10Lが無くなるまで、自動で貯留容器10内に調圧液10Lを供給し続けるため、貯留容器10内の調圧液10Lの監視・補充の手間を低減することができる。
According to the
なお、本実施形態の水封弁1Aにも、貯留容器10内の調圧液10Lの液面の波立ちを抑制する防波筒13が設けられており、第三配管23の開閉状態の安定化、およびオーバーフロー管14からの調圧液10Lの過剰排出の抑制が図られている。
The
<実施形態3>
実施形態3では、貯留容器10内の気相に含まれる水蒸気を利用して調圧液10Lを補充する給液機構1Dを図4に基づいて説明する。
<
In the third embodiment, a
給液機構1Dは、第二排気管12の途中に設けられ、貯留容器10内の気相から大気へ排出される気体に含まれる水蒸気を凝結させる第一の水生成装置30を備える。第一の水生成装置30で生成した水は貯留容器10内の液相に落下し、調圧液10Lの量が維持される。多すぎる調圧液10Lはオーバーフロー管14から排出される。但し、水封弁1Aに設けられる防波筒13によって調圧液10Lの波立ちが抑制されているため、オーバーフロー管14から調圧液10Lが過剰に排出されないようになっている。
The
第一の水生成装置30としては、第二排気管12を外周から冷却する冷却機や、ペルチェ効果を利用した除湿機などを利用することができる。
As the 1st water production |
本実施形態の構成によれば、大気中に含まれる水蒸気を用いて調圧液10Lを補充することで、人の手による調圧液10Lの補充頻度を大幅に低減することができる。 According to the configuration of the present embodiment, the replenishment frequency of the pressure adjusting liquid 10L by a human hand can be significantly reduced by replenishing the pressure adjusting liquid 10L using water vapor contained in the atmosphere.
<実施形態4>
実施形態4では、大気中に含まれる水蒸気を利用して調圧液10Lを補充する給液機構1Eを図5に基づいて説明する。
<Embodiment 4>
Embodiment 4 demonstrates the
給液機構1Eは、大気中に含まれる水蒸気を凝結させる第二の水生成装置40と、その第二の水生成装置40から貯留容器10内の気相に連通する導入管41と、を備える。第二の水生成装置40で生成した水は、導入管41を介して貯留容器10内に導入され、調圧液10Lの量が維持される。この構成であれば、常時調圧液10Lに水が継ぎ足される。多すぎる調圧液10Lはオーバーフロー管14から排出される。調圧液10Lの過剰排出は、防波筒13によって抑えられている。なお、第二の水生成装置40としては、実施形態3の第一の水生成装置30と同様に、冷却機や除湿器を利用することができる。
The
本実施形態の構成によれば、大気中に含まれる水蒸気を用いて調圧液10Lを補充することで、人の手による調圧液10Lの補充頻度を大幅に低減することができる。 According to the configuration of the present embodiment, the replenishment frequency of the pressure adjusting liquid 10L by a human hand can be significantly reduced by replenishing the pressure adjusting liquid 10L using water vapor contained in the atmosphere.
本発明のレドックスフロー電池は、負荷平準用途や瞬低・停電対策用の電池として好適に利用することができる。 The redox flow battery of the present invention can be suitably used as a battery for load leveling or for measures against instantaneous voltage drop or power failure.
α レドックスフロー電池(RF電池)
1 圧力調整機構 10L 調圧液
1A 水封弁
10 貯留容器 11 第一排気管 12 第二排気管
13 防波筒 14 オーバーフロー管
1B,1C,1D,1E 給液機構
20 補液タンク 21 第一配管 22 第二配管 23 第三配管
22b,23b バルブ
30 第一の水生成装置 40 第二の水生成装置 41 導入管
3 呼吸袋
9 気相連通管
β レドックスフロー電池(RF電池)
100 電池ユニット
101 隔膜 102 正極セル部 103 負極セル部
104 正極電極 105 負極電極
106 正極用の電解液タンク 107 負極用の電解液タンク
108〜111 配管
112,113 ポンプ
α Redox flow battery (RF battery)
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記電池ユニットに供給される正極電解液を貯留する正極用の電解液タンクと、
前記電池ユニットに供給される負極電解液を貯留する負極用の電解液タンクと、
前記正極用の電解液タンクおよび前記負極用の電解液タンクの少なくとも一方に取り付けられ、当該電解液タンク内の気相の圧力を調節する圧力調整機構と、を備え
前記圧力調整機構は、
調圧液を貯留する貯留容器、前記電解液タンク内の気相から伸び、前記貯留容器内の気相を通って、前記貯留容器内の液相内に開口する第一排気管、および一端が貯留容器内の気相に開口し、他端が大気に開口する第二排気管を備える水封弁と、
前記貯留容器内に前記調圧液を補給する給液機構と、
を備えるレドックスフロー電池。 A battery unit having a positive electrode, a negative electrode, and a diaphragm;
An electrolyte tank for a positive electrode that stores a positive electrode electrolyte supplied to the battery unit;
An electrolyte tank for a negative electrode that stores a negative electrode electrolyte supplied to the battery unit;
A pressure adjustment mechanism that is attached to at least one of the positive electrode electrolyte tank and the negative electrode electrolyte tank and adjusts the pressure of the gas phase in the electrolyte tank, and the pressure adjustment mechanism includes:
A storage container for storing the pressure adjusting liquid, a first exhaust pipe extending from the gas phase in the electrolyte tank, passing through the gas phase in the storage container and opening into the liquid phase in the storage container, and one end A water seal valve comprising a second exhaust pipe that opens to the gas phase in the storage container and the other end opens to the atmosphere;
A liquid supply mechanism for replenishing the pressure adjusting liquid in the storage container;
Redox flow battery comprising.
補充用の前記調圧液を貯留する補液タンクと、
前記補液タンク内の気相から伸び、前記貯留容器内の気相を通って、前記貯留容器内の液面近傍に開口し、前記貯留容器内の液面によって開口部が開閉される第一配管と、
前記補液タンク内の液相と前記貯留容器内の気相とに連通され、前記第一配管の開口部が開放されたときに前記補液タンクから前記貯留容器に前記調圧液を供給する第二配管と、
を備える請求項1に記載のレドックスフロー電池。 The liquid supply mechanism is
A replenisher tank for storing the pressure-regulating liquid for replenishment;
First piping that extends from the gas phase in the replacement tank, passes through the gas phase in the storage container, opens near the liquid level in the storage container, and the opening is opened and closed by the liquid level in the storage container When,
A second is connected to the liquid phase in the replacement fluid tank and the gas phase in the storage container, and supplies the pressure-regulating liquid from the replacement fluid tank to the storage container when the opening of the first pipe is opened. Piping,
A redox flow battery according to claim 1.
補充用の前記調圧液を貯留する補液タンクと、
前記補液タンク内の液相から伸び、前記貯留容器内の気相を通って、前記貯留容器内の液相の近傍に開口し、前記貯留容器内の液面によって開口部が開閉される第三配管と、
を備え、
前記補液タンクの気相が密閉されている請求項1に記載のレドックスフロー電池。 The liquid supply mechanism is
A replenisher tank for storing the pressure-regulating liquid for replenishment;
Third extending from the liquid phase in the replacement tank, passing through the gas phase in the storage container, opening in the vicinity of the liquid phase in the storage container, and the opening being opened and closed by the liquid level in the storage container Piping,
With
The redox flow battery according to claim 1, wherein a gas phase of the replacement fluid tank is sealed.
前記防波筒の下方側の開口部、および上方側の開口部はそれぞれ、前記第一排気管の開口部よりも低い位置、および前記液面よりも高い位置に開口している請求項2または請求項3に記載のレドックスフロー電池。 The water seal valve further houses a portion on the opening side of the first exhaust pipe inside, and a wave-proof cylinder that suppresses the ripple of the liquid level in the storage container caused by bubbles discharged from the first exhaust pipe With
The opening on the lower side and the opening on the upper side of the wave preventing cylinder are respectively opened at a position lower than the opening of the first exhaust pipe and a position higher than the liquid level. The redox flow battery according to claim 3.
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