JP2016091835A - 電解液循環型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電解液のシール構造を容易に構築できて、生産性に優れる電解液循環型電池を提供する。【解決手段】電池セルを構成する電極と接する双極板、及び前記双極板の周縁を囲む枠体を有するセルフレームと、前記枠体に配置されて、前記電池セルへ供給する電解液の前記枠体外への漏洩を防止するシール部材とを備える電解液循環型電池であって、前記枠体は、前記シール部材が嵌め込まれるシール溝が形成されており、前記シール溝は、前記シール部材を弾性変形させて前記シール溝からの脱落を防止する幅狭部を備え、前記幅狭部は、前記シール溝の深さ方向に一様な幅を有する電解液循環型電池。【選択図】図１

Description

本発明は、レドックスフロー電池などの電解液循環型電池に関する。特に、電解液のシール構造を容易に構築できて、組立作業性に優れる電解液循環型電池に関する。

太陽光発電や風力発電といった自然エネルギー由来の電力を蓄電する大容量の蓄電池の一つにレドックスフロー電池（ＲＦ電池）などの電解液循環型電池がある。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、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、蓄えた電力を放電して負荷に供給する。

例えば図８のＲＦ電池の動作原理図に示すように、ＲＦ電池１は、水素イオンを透過させる隔膜１０１で正極セル１０２と負極セル１０３とに分離された電池セル１００を備える。正極セル１０２には正極電極１０４が内蔵され、かつ正極電解液を貯留する正極電解液タンク１０６が供給導管１０８、排出導管１１０を介して接続されている。同様に、負極セル１０３には負極電極１０５が内蔵され、かつ負極電解液を貯留する負極電解液タンク１０７が供給導管１０９、排出導管１１１を介して接続されている。各極電解液は、各供給導管１０８，１０９の途中に設けられたポンプ１１２，１１３により各供給導管１０８、１０９から各極セル１０２、１０３に供給され、各極セル１０２、１０３から各排出導管１１０、１１１を流通して各極タンク１０６、１０７に排出されることで各極セル１０２、１０３に循環される。ＲＦ電池１は、こうして電解液を循環して、正極電解液に含まれるイオンと負極電解液に含まれるイオンの酸化還元電位の差を利用して充放電を行う。図８では、各極電解液に含まれるイオンとしてバナジウムイオンを示しており、実線矢印は充電、破線矢印は放電を意味する。

電池セル１００は、通常、図９下図に示すセルスタック２００と呼ばれる構造体の内部に形成される。セルスタック２００は、図９上図に示すように、セルフレーム１２０、正極電極１０４、隔膜１０１、及び負極電極１０５を、この順番で積層することで形成される積層体を備える。セルフレーム１２０は、双極板１２１とその周縁を囲む枠体１２２とを備える。この構成の場合、隣接するセルフレーム１２０の双極板１２１の間に一つの電池セル１００が形成され、双極板１２１を挟んで表裏に、隣り合う電池セル１００の正極電極１０４（正極セル１０２）と負極電極１０５（負極セル１０３）とが配置される。

電池セル１００内の各極電解液の流通は、枠体１２２に形成される給液マニホールド１３１、１３２と、排液マニホールド１３３、１３４とを介して行われる。正極電解液は、給液マニホールド１３１から枠体１２２の一面側（紙面表側）に形成されるガイド溝を介して正極電極１０４に供給される。そして、図９上図の矢印に示すように正極電解液は正極電極１０４の下から上へ通り、枠体１２２に形成されるガイド溝を介して排液マニホールド１３３に排出される。同様に、負極電解液は、給液マニホールド１３２から枠体１２２の他面側（紙面裏側）に形成されるガイド溝を介して負極電極１０５に供給される。そして、負極電解液は負極電極１０５の下から上へ通り、枠体１２２に形成されるガイド溝を介して排液マニホールド１３４に排出される。各枠体１２２間には、Ｏリングなどの環状のシール部材１４０が配置され、電池セル１００からの電解液の漏洩を抑制している。

例えば、特許文献１には、横断面矩形状の内周シール溝及び外周シール溝がフレーム（枠体）の両面にそれぞれ対向する位置に設けられ、その内周シール溝、外周シール溝にそれぞれ、内周シール、外周シールを配置してセルの電解液の漏洩を防止することが記載されている。この内周シールおよび外周シールにはＯリングを使用し、隔膜を圧接するとともに、電解液をシールしている。

特開２００２−３６７６５９号公報

弾性材料からなるＯリングなどのシール部材は、柔らかい上に長い紐状なので形状が定まり難く、Ｏリングをシール溝に嵌め込んでもＯリングがシール溝から脱落し易い。このＯリングの脱落を抑制する手段として、例えば、Ｏリングをシール溝に接着剤で固定することが挙げられるが、シール溝に予め接着剤を塗布する必要があり、製造工程の増加に伴い生産性が低下する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、電解液のシール構造を容易に構築できて、生産性に優れる電解液循環型電池を提供することにある。

本発明の一態様に係る電解液循環型電池は、電池セルを構成する電極と接する双極板、及び双極板の周縁を囲む枠体を有するセルフレームと、枠体に配置されて、電池セルへ供給する電解液の枠体外への漏洩を防止するシール部材とを備える。枠体は、シール部材を嵌め込むシール溝が形成されている。シール溝は、シール部材を弾性変形させてシール溝からの脱落を防止する幅狭部を備える。幅狭部は、シール溝の深さ方向に一様な幅を有する。

上記電解液循環型電池は、電解液のシール構造を容易に構築できて、生産性に優れる。

実施形態１に係るレドックスフロー電池に備わるセルフレームを示す概略平面図である。 図１に示すセルフレームのシール溝を拡大して示す部分拡大図である。 図２に示すシール溝の（ａ）−（ａ）断面図である。 実施形態２に係るレドックスフロー電池に備わるセルフレームのシール溝における幅狭部を拡大して示す部分拡大図である。 実施形態３に係るレドックスフロー電池に備わるセルフレームのシール溝における幅狭部を拡大して示す部分拡大図である。 実施形態４に係るレドックスフロー電池に備わるセルフレームのシール溝における幅狭部を拡大して示す部分拡大図である。 実施形態５に係るレドックスフロー電池に備わるセルフレームのシール溝における幅狭部を拡大して示す部分拡大図である。 レドックスフロー電池の動作原理図である。 レドックスフロー電池に備わるセルスタックの概略構成図である。

《本発明の実施形態の説明》
最初に本発明の実施態様の内容を列記して説明する。

（１）本発明の一態様に係る電解液循環型電池は、電池セルを構成する電極と接する双極板、及び双極板の周縁を囲む枠体を有するセルフレームと、枠体に配置されて、電池セルへ供給する電解液の枠体外への漏洩を防止するシール部材とを備える。枠体は、シール部材を嵌め込むシール溝が形成されている。シール溝は、シール部材を弾性変形させてシール溝からの脱落を防止する幅狭部を備える。幅狭部は、シール溝の深さ方向に一様な幅を有する。

上記の構成によれば、シール部材をシール溝の幅狭部に嵌め込むだけで、シール部材のシール溝からの脱落を抑制できる。シール部材を弾性変形させる幅狭部を備えることで、シール部材の局所を圧縮して、その圧縮箇所に対して長手方向及びシール溝の深さ方向への摩擦力を付加させることができるからである。そのため、シール部材のシール溝への固定に接着剤が不要であり、接着剤の塗布工程が不要であるため、製造工程を増加させることなく電解液のシール構造を構築できる。従って、上記の構成によれば、電解液循環型電池の生産性に優れる。

また、幅狭部の幅が深さ方向に一様であることで、シール溝を備える枠体の生産性を高められる。枠体自体の製造の際に、幅狭部を有するシール溝も同時に形成できるため、製造工程が増加することがないからである。上記の構成のようなシール部材をシール溝に嵌め込むだけでシール部材のシール溝からの脱落を抑制できる溝の形状として、例えば、蟻溝のように溝の幅が深さ方向に徐々に広くなる略台形状が挙げられる。しかし、この蟻溝を備える枠体の場合、枠体の製造と同時にシール溝を形成することができず、別途溝加工が必要となり製造工程が増加する。枠体は、通常、射出成形などで製造されるが、射出成形では蟻溝のような形状の溝を形成することが難しい。そのため、蟻溝を備える枠体を製造するには、蟻溝が形成されていない枠体を製造した後、切削加工などで溝加工を施して略台形状に形成する必要があるためである。

（２）上記電解液循環型電池の一形態として、幅狭部の幅Ｗｎ（ｍｍ）が、０．６０Ｄ以上０．９７Ｄ以下であることが挙げられる。上記Ｄは、シール部材の非圧縮時の径（ｍｍ）とする。

上記の構成によれば、幅狭部の幅Ｗｎ（ｍｍ）が０．６０Ｄ以上であることで、シール部材の圧壊や過度の圧縮による早期の劣化を防止し易い。幅狭部の幅Ｗｎ（ｍｍ）が、０．９７Ｄ以下であることで、シール部材のシール溝からの脱落を防止し易い。

（３）上記電解液循環型電池の一形態として、幅狭部は、シール溝の長手に５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下の間隔で設けられていることが挙げられる。

上記の構成によれば、幅狭部を５０ｍｍ以上の間隔で複数設けることで、幅狭部のシール溝の長手方向の間隔が狭すぎないので、シール部材をシール溝に嵌め込む作業が煩雑になり難い。幅狭部を５００ｍｍ以下の間隔で設けることで、シール部材の脱落を防止し易い。

（４）上記電解液循環型電池の一形態として、シール溝は、長手方向に湾曲する湾曲部を備え、幅狭部は、湾曲部に形成されていることが挙げられる。

上記の構成によれば、シール溝の直線部に比較してシール部材が脱落し易いシール溝の曲線部（湾曲部）に幅狭部を設けることで、シール部材の脱落防止に効果的である。

《本発明の実施形態の詳細》
本発明の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。ここでは、電解液循環型電池としてレドックスフロー電池（ＲＦ電池）を例に説明する。

〔実施形態１〕
実施形態１に係るＲＦ電池は、図８、９を用いて説明した従来のＲＦ電池と同様、セルフレームと電池セル１００との積層体を備えるセルスタック２００と、電池セル１００の正極セル１０２に循環させる正極電解液を貯留するタンク１０６と、負極セル１０３に循環させる負極電解液を貯留するタンク１０７とを備える。各極電解液の循環は、各供給導管１０８，１０９、各排出導管１１０、１１１を介して、それらの途中に設けたポンプ１１２，１１３により行う。実施形態１に係るＲＦ電池の主たる特徴とするところは、電解液の漏洩を防止するシール部材のセルフレームへの固定構造にある。即ち、実施形態１に係るＲＦ電池は、セルフレームの構成が従来のＲＦ電池のセルフレーム１２０（図９）と異なるため、以下の説明は、図１〜図３（適宜図８、９）を参照してその相違点を中心に行う。従来と同様の構成については、図８、９と同一符号を付してその説明を省略する。

［セルフレーム］
セルフレーム２は、双極板３と双極板３の周縁を囲む枠体４とを備える。セルフレーム２には、上記積層体の隣り合う電池セル１００（図９）の間に配置される中間セルフレームと、上記積層体の両端に配置される端部セルフレームとがある。中間セルフレームは、双極板３の表裏に一方の電池セル１００の正極電極１０４及び他方の電池セル１００の負極電極１０５が接し、端部セルフレームは、双極板３の一方の面に電池セル１００の正負のいずれかの電極と接する。セルフレーム２の表裏（正極側・負極側）面の構成は、中間セルフレーム及び端部セルフレームのいずれにおいても同様である。

（双極板）
双極板３は、原則として隣接する電池セル１００（図８、９）を仕切る。双極板３の形状は、矩形状の板である。双極板３の材質には、電流は通すが電解液は通さない材料を用いることができる。加えて、耐酸性および適度な剛性を有する材料であることが好ましい。このような材料としては、例えば、炭素を含有する導電性材料が挙げられる。具体的には、黒鉛およびポリオレフィン系有機化合物または塩素化有機化合物から形成される導電性プラスチックが挙げられる。また、黒鉛の一部をカーボンブラックおよびダイヤモンドライクカーボンの少なくとも一方に置換した導電性プラスチックでもよい。ポリオレフィン系有機化合物としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンなどが挙げられる。塩素化有機化合物としては、塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、塩素化パラフィンなどが挙げられる。双極板３がこのような材料から形成されることで、双極板３の電気抵抗を小さくすることができる上に、耐酸性に優れる。

（枠体）
枠体４は、内側に電池セル１００（図８，９）となる領域を形成する。枠体４は、電池セル１００の内部に電解液を供給する給液マニホールド４４を有する給液側片４１と、給液側片４１に対向し、電池セル１００の外部に電解液を排出する排液マニホールド４５を有する排液側片４２とを備える。この給液側片４１と排液側片４２との端部同士は、互いに対向すると共に給液側片４１及び排液側片４２に対して直交する一対の連結片４３により連結されている。枠体４の形状は、矩形枠状である。給液側片４１及び排液側片４２は、矩形枠の長片を構成し、連結片４２は、矩形枠の短片を構成する。セルフレーム４を平面視した際、給液側片４１と排液側片４２とが互いに対向する方向を縦方向、縦方向に直交する方向を横方向とすると、給液側片４１が上記縦方向下側、排液側片４２が上記縦方向上側に位置している。即ち、電解液の流れは、枠体４の上記縦方向下側から上記縦方向上側に向かう方向である。枠体４における両マニホールド４４，４５よりも外側の周縁には、シール溝４８が形成されている。図１の黒塗り矢印は、シール部材５がシール溝４８に嵌め込まれることを示している。

〈シール溝〉
シール溝４８には、後述するシール部材５を嵌め込む。シール溝４８は、枠体４の両面に形成される場合と、一面側（図１紙面表側）に形成されて枠体４の他面側（図１紙面裏側）には形成されていない場合とがある。シール溝４８が両面に形成される場合、シール溝４８のシール部材５は、セルフレーム２を積層した際、隣接するセルレームの他面のシール溝に嵌め込まれるシール部材により押圧されて、セルフレーム同士の間をシールする。このとき、シール部材同士の間に隔膜１０１（図８，９）を挟む。シール溝４８が一面に形成され他面には形成されない場合、シール溝４８のシール部材５は、セルフレーム２を積層した際、隣接するセルレームの枠体の他面により押圧されて、セルフレーム同士の間をシールする。ここでは、シール溝４８は、枠体４の一面側（図１紙面表側）に形成されて枠体４の他面側（図１紙面裏側）には形成されていない。シール溝４８は、内周シール溝４８ｉ及び外周シール溝４８ｏを有するが、いずれか一つでもよい。両シール溝４８ｉ、４８ｏの構造は同様である。

シール溝４８は、枠体４の外形（各片４１〜４３の長手）に沿って環状に形成されている。シール溝４８は、給液側片４１及び排液側片４２のそれぞれに形成され、長手方向に直線状の長直線部４８Ｌと、連結片４３に形成され、長手方向に直線状の短直線部４８Ｓと、枠体３の角部に形成されて長直線部４８Ｌと短直線部４８Ｓとの間を連結し、シール溝４８の長手方向に湾曲する湾曲部４８Ｃとで構成されている。シール溝４８は、幅狭部４９を有する。

幅狭部４９は、シール部材５を弾性変形させて、シール部材５のシール溝４８からの脱落を防止する。幅狭部４９とは、シール溝４８の長手方向において、その他の箇所よりも幅の狭い箇所を言い、その幅Ｗｎがシール部材５の非圧縮時の径Ｄ（ｍｍ）未満である。換言すると、幅狭部４９以外の幅広部の幅は、シール部材５の上記径Ｄ以上である。そのため、幅広部において、シール部材５とシール溝４８との間には隙間が形成される。この幅広部にシール部材５を容易に嵌め込むことができると共に、幅狭部４９にシール部材５を嵌め込むだけでシール部材５のシール溝４８からの脱落を抑制できる。幅狭部４９により、シール部材５に対してシール部材５の長手方向及びシール溝４８の深さ方向への適度な摩擦力を付加できるからである。

幅狭部４９は、シール溝４８の深さ方向に一様な幅Ｗｎを有する（図３）。そうすれば、シール溝４８を備える枠体４の生産性を高められる。枠体４は、通常、射出成形などで製造できる。幅狭部４９の幅Ｗｎがシール溝４８の深さ方向に一様であれば、枠体４自体の製造の際に、シール溝４８も同時に形成できるため、別途溝加工などが不要であり製造工程が増加することがないからである。例えば、シール溝の形状が蟻溝のように溝の幅が深さ方向に徐々に広くなる略台形状であれば、成形体の脱型の都合上、枠体の製造と同時にシール溝を形成することができず、別途溝加工が必要となり製造工程が増加する。蟻溝が形成されていない枠体を製造した後、切削加工などで溝加工を施して略台形状に形成する必要があるためである。

幅狭部４９の幅Ｗｎ（ｍｍ）は、シール部材５の非圧縮時の径Ｄ（ｍｍ）に合わせて、シール部材５を弾性変形させすぎず、かつシール部材５を脱落させない程度で適宜選択できる。ここで幅狭部の幅Ｗｎは、シール溝４８のうち最も幅の狭い箇所の幅を言う。幅狭部の幅Ｗｎは、シール部材５の材質にもよるが、０．６０Ｄ以上０．９７Ｄ以下が好ましい。幅狭部の幅Ｗｎが０．６０Ｄ以上であることで、幅狭部の内側壁によるシール部材５の圧壊や過度の圧縮による早期の劣化を防止し易い。幅狭部の幅Ｗｎが、０．９７Ｄ以下であることで、シール部材５のシール溝からの脱落を防止し易い。幅狭部の幅Ｗｎは、０．８８Ｄ以上０．９７Ｄ以下がより好ましい。幅狭部の幅Ｗｎが０．６０Ｄ以上０．９７Ｄ以下を満たすということは、シール部材５の幅方向における圧縮率が３％以上４０％以下であることを示す。幅方向の圧縮率は、「｛（シール部材の径Ｄ−幅狭部の幅Ｗｎ）／（シール部材の径Ｄ）｝×１００」とする。

シール溝の深さｄ（ｍｍ）は、シール部材５の材質にもよるが、０．６Ｄ以上０．９Ｄ以下が好ましい。シール溝の深さｄが０．６Ｄ以上であることで、シール部材５のシール溝４８からの脱落を防止し易い。加えて、シール部材５のシール溝４８から露出する領域が多すぎないため、隣接するセルフレーム又は隣接するセルフレームに設けられたシール部材（以下、隣接部材ということがある）によるシール部材５の圧壊を防止し易い。シール溝の深さｄが０．９Ｄ以下であることで、シール部材５のシール溝４８から露出する領域を適切に確保でき、隣接部材によりシール部材５を十分に圧縮し易い。シール溝の深さｄは、０．７Ｄ以上０．８Ｄ以下がより好ましい。シール溝の深さｄが０．６Ｄ以上０．９Ｄ以下を満たすということは、シール部材５の深さ方向における圧縮率が１０％以上４０％以下であることを示す。深さ方向の圧縮率は、「｛（シール部材の径Ｄ−シール溝の深さｄ）／（シール部材の径Ｄ）｝×１００」とする。

幅狭部の幅Ｗｎとシール溝の深さｄの合計（Ｗｎ＋ｄ）は、１．２Ｄ以上１．８Ｄ以下が好ましい。幅狭部４９の上記合計（Ｗｎ＋ｄ）が１．２Ｄ以上１．８Ｄ以下であることで、シール部材５を十分に圧縮し易く、かつシール部材５の圧壊を防止し易い上に、シール部材５のシール溝４８からの脱落を防止し易い。幅狭部４９の上記合計（Ｗｎ＋ｄ）は、１．６Ｄ以上１．７Ｄ以下がより好ましい。即ち、上記幅方向の圧縮率と上記深さ方向の圧縮率の合計が、２０％以上８０％以下を満たすことが好ましい。この圧縮率の合計は、４０％以下を満たすことが特に好ましい。

シール溝４８におけるシール部材５の占積率は、１００％以下であることが好ましい。この占積率は、シール溝４８の体積をＶＧ（ｍｍ^３）、シール部材５の非圧縮時の体積をＶＳ（ｍｍ^３）とするとき、（ＶＳ／ＶＧ）×１００とする。占積率が１００％以下であることで、シール部材５の圧壊を防止し易い上に、シール部材５を圧縮した際にシール溝４８への過度な圧力の付加を抑制できるためシール溝４８自体の圧壊も防止し易い。この占積率が１００％以下であることで、シール部材５を圧縮した際、幅狭部４９以外の箇所（幅広部）においてシール部材５とシール溝４８との間に隙間が形成される。この占積率は、５０％以上が好ましい。そうすれば、枠体４の全長に亘って電解液の漏洩を一層防止し易い。この占積率は、５０％以上９０％以下が特に好ましい。

幅狭部４９の形成箇所は、長直線部４８Ｌ、短直線部４８Ｓ、及び湾曲部４８Ｃのそれぞれとしている（図１）。シール溝４８は、幅狭部４９を一つのみ備えることができるが、この例のようにシール溝４８の全長の適宜な位置に複数の幅狭部４９を備えることで、シール部材５の脱落を防止し易い。幅狭部４９は長直線部４８Ｌ、短直線部４８Ｓ、及び湾曲部４８Ｃの少なくとも一つに備えることができるが、この例のように三つ全てに備えることが好ましい。複数の幅狭部４９は、シール溝４８における対向位置及び対角位置の少なくとも一方に備えることが好ましい。この例のように、長直線部４８Ｌ及び短直線部４８Ｓについて対向位置に幅狭部４９を備えると共に、対角位置にある湾曲部４８Ｃに幅狭部４９を備えることがより好ましい。湾曲部４８Ｃに幅狭部４９を形成していることは、湾曲部４８Ｃが長直線部４８Ｌや短直線部４８Ｓに比較してシール部材５が脱落し易いため、シール部材５の脱落防止に効果的である。湾曲部４８Ｃでは、その長手方向の略中央（円弧の略中央）に幅狭部４９を形成している。

隣り合う幅狭部４９のシール溝４８の長手方向における間隔は、シール部材５の脱落を防止できて、シール部材５をシール溝４８に嵌め込む作業が煩雑になり難い程度とすることが挙げられる。具体的には、シール溝４８の長手方向に５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下とすることが好ましく、１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下とすることがより好ましい。

隣り合う幅狭部４９の上記間隔は、シール溝４８の全長に亘って等間隔としてもよいし、各片４１，４２，４３のそれぞれにおいて等間隔としてもよい。後者の場合、長直線部４８Ｌにおける幅狭部４９同士の間隔Ｌ１が等しく、短直線部４８Ｓにおける幅狭部４９同士の間隔Ｌ２が等しければ、上記間隔Ｌ１と上記間隔Ｌ２とが同じでなくてもよい（図２）。湾曲部４８Ｃの幅狭部４９と、長直線部４８Ｌの幅狭部４９のうち湾曲部４８Ｃの幅狭部４９に隣り合う幅狭部４９との間隔Ｌ３と、湾曲部４８Ｃの幅狭部４９と、短直線部４８Ｓの幅狭部４９のうち湾曲部４８Ｃの幅狭部４９に隣り合う幅狭部４９との間隔Ｌ４とは、均等であることが好ましいが、上記間隔Ｌ１や上記間隔Ｌ２を均等とすることで、上記間隔Ｌ３と上記間隔Ｌ４とが不均等となることは許容する。上記間隔Ｌ３、及び上記間隔Ｌ４は、それぞれ長直線部４８Ｌ及び短直線部４８Ｓの長手方向に沿った長さとする。

ここでは、長直線部４８Ｌにおける幅狭部４９同士の間隔Ｌ１は、１５０ｍｍの等間隔とし、短直線部４８Ｓにおける幅狭部４９同士の間隔Ｌ２は、１２０ｍｍの等間隔としている。上記間隔Ｌ３は約１１５ｍｍとし、上記間隔Ｌ４は約９０ｍｍとしている。

幅狭部４９の形態は、シール溝４８のその他の箇所に比較して幅が狭くなる形態であれば特に限定されない。ここでは、図２の一点鎖線円で拡大して示すように、シール溝４８の幅方向に互いに対向すると共に、その対向する方向に円弧状に突出する突片４９ａで形成している。図２の部分拡大図では、説明の便宜上、シール部材５を省略して示し、同図の一点鎖線円内では、シール部材５を二点鎖線で示している。

突片４９aの輪郭形状は、適宜選択でき、ここでは山の頂点が湾曲する円弧形状である。突片４９ａの頂点が湾曲していることで、シール部材５を傷つけることなくシール部材５に摩擦力を付加できる。突片４９ａの曲げ半径は、適宜選択でき、例えば、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下が好ましく、特に、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下が好ましい。

枠体４の材質は、耐酸性、電気絶縁性、機械的特性を満たす材料が挙げられる。例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどの種々のフッ素系樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、塩化ビニル樹脂が挙げられる。ここでは、枠体４を硬質塩化ビニル樹脂で形成している。

［シール部材］
シール部材５は、電池セル１００（図８，９）へ供給する電解液の枠体４外への漏洩を防止する（図１）。具体的には、シール部材５は、シール溝４８に配置されて、上述したようにセルフレーム２を積層した際、隣接するセルフレームにおける枠体の他面のシール溝に嵌め込まれるシール部材、又は隣接するセルフレームの枠体の他面のいずれかに押圧されて弾性変形することでセルフレーム２間をシールする。

シール部材５は、Ｏリングを利用することが挙げられる。シール部材５の横断面形状は、非圧縮時では円形状である。シール部材５をシール溝に嵌め込んだ際、シール部材５の横断面形状は、図３に模式的に示すように、幅狭部４９では長軸が深さ方向に沿った楕円形状であり、幅狭部以外の箇所では非圧縮時と同様の円形状である。

シール部材５の材質は、耐酸性に優れる弾性材料が挙げられる。例えば、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム、シリコーンゴムなどのゴムが好適である。

［その他］
給液側片４１には、給液マニホールド４４と双極板３との間を渡して給液マニホールド４４から双極板３へ電解液を導く給液ガイド溝４６が形成されている。同様に、排液側片４２には、排液マニホールド４５と双極板３との間を渡して双極板３から排液マニホールド４５へ電解液を導く排液ガイド溝４７が形成されている。これら両ガイド溝４６，４７は、上記積層体を構築する際、プラスチック製の保護板（図示略）により覆われる。それにより、電解液が両ガイド溝４６，４７から漏れることなく各マニホールド４４、４５と双極板３との間で電解液を流通させられる。

他面側（図１紙面裏側）に電解液を給排する給液マニホールド４４、及び排液マニホールド４５における外周には、シール部材（図示略）が嵌め込まれるマニホールドシール溝４４ａ、４５ａ（図１）が形成されていることが好ましい。そのマニホールドシール溝４４ａ，４５ａには、上述した幅狭部４９と同様の幅狭部（図示略）を有することが好ましい。そうすれば、各マニホールド４４，４５からの電解液の漏洩を抑制できる。

〔作用効果〕
実施形態１のＲＦ電池によれば、シール部材５を弾性変形させる幅狭部４９をシール溝４８に備えることで、シール部材５をシール溝４８の幅狭部４９に嵌め込むだけで、シール部材５のシール溝４８からの脱落を抑制できる。幅狭部４９により変形したシール部材５の局所に対して長手方向及びシール溝４８の深さ方向への摩擦力を付加させられるからである。そのため、シール部材５のシール溝４８への固定に接着剤が不要であり、接着剤の塗布工程が不要であるため、製造工程を増加させることなく電解液のシール構造を構築できる。また、幅狭部４９の幅が深さ方向に一様であることで、シール溝４８を備える枠体４の生産性を高められる。枠体４自体の製造の際に、幅狭部４９を有するシール溝４８も同時に形成できるため、製造工程が増加することがないからである。従って、上記の構成によれば、ＲＦ電池の生産性に優れる。

〔実施形態２〕
実施形態２では、図４に示すように、輪郭形状が＞字（アングルブラケット）形状の突片４９ｂで幅狭部４９を形成できる。＞字形状は、山の頂点を挟む二辺が角部を形成する形状である。この二辺の長さは、互いに等しくしている。二辺のなす角θは適宜選択でき、例えば鋭角とすることもできるが、特に鈍角とすることが好ましい。二辺のなす角θを鈍角とすることで、シール部材５を傷付け難く、シール部材５に摩擦力を付加してシール部材５のシール溝４８からの脱落を防止できる。二辺のなす角θは、例えば、６０°以上１６０°以下が好ましく、特に１００°以上１４０°以下が好ましい。

〔実施形態３〕
実施形態３では、図５に示すように、輪郭形状が］字（ブラケット）形状の突片４９ｃで幅狭部４９を形成できる。］字形状は、シール溝４８の長手方向にシール溝４８の幅が変化しない形状である。このように突片４９ｃの輪郭形状を］字形状とすることで、幅狭部４９とシール部材５との接触面積を広くでき、シール部材５のシール溝４８からの脱落を防止し易い。この］字形状におけるシール溝４８の長手方向に沿った長さαは、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下が好ましい。］字形状の上記長さαを５ｍｍ以上とすることで、突片４９ｃとシール部材５との接触面積を広くできる。］字形状の上記長さαを５０ｍｍ以下とすることで、幅狭部４９の長さが長くなりすぎず、シール部材５の幅狭部４９への嵌め込み作業が煩雑になり難い。］字形状の上記長さαは、特に１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下が好ましい。

〔実施形態４〕
実施形態４では、図６に示すように、シール溝４８の幅方向の一方の面にのみに、一方の面から他方の面に向かって突出する突片４９ｄを備え、他方の面を平面とすることで幅狭部４９を構成できる。この突片４９ｄの輪郭形状は、実施形態１〜３の突片４９ａ〜４９ｃと同様の円弧形状（図２）、＞字形状（図４）、或いは］字形状（図５）などが挙げられる。ここでは、突片４９ｄの輪郭形状は、実施形態１の突片４９ａと同様の円弧形状としている。隣り合う突片４９ｄ同士のシール溝４８の長手方向における間隔Ｌ５は、実施形態１の突片４９ａ同士の間隔Ｌ１などと同等の範囲を満たすことが好ましく、その上、等間隔であることが好ましい。

〔実施形態５〕
実施形態５では、図７に示すように、シール溝４８の長手に互い違いとなるようにずれて形成される各突片４９ｅと対向する平面とで幅狭部４９を構成することができる。この突片４９ｅの輪郭形状は、円弧形状（図２）、＞字形状（図４）、或いは］字形状（図５）などが挙げられる。ここでは、突片４９ｅの輪郭形状は、実施形態１の突片４９ａと同様の円弧形状としている。互い違いに設けられる突片４９ｅ同士の間隔Ｌ６は、それぞれ実施形態１の突片４９ａ同士の間隔Ｌ１などと同等の範囲を満たすことが好ましく、その上に等間隔とすることが好ましい。即ち、シール溝４８の幅方向の一面における突片４９ｅ同士の間隔Ｌ７と、他面における突片４９ｅ同士の間隔Ｌ８とは、それぞれ実施形態１の突片４９ａ同士の間隔Ｌ１などの２倍程度、即ち、１００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下が好ましく、２００ｍｍ以上４００ｍｍ以下が好ましい。その上、上記間隔Ｌ７と上記間隔Ｌ８とは、それぞれ等間隔とすることが好ましい。

〔変形例〕
実施形態１で説明したようにシール溝４８に備える各幅狭部４９の形状は、全て同じ形状とすることができる他、実施形態１〜５で説明した種々の形状の幅狭部４９を組み合わせて、シール溝４８に備えることができる。

本発明の一態様に係る電解液循環型電池は、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、本発明の一態様に係る電解液循環型電池は、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。

１ レドックスフロー（ＲＦ）電池
２ セルフレーム
３ 双極板
４ 枠体
４１ 給液側片 ４２ 排液側片 ４３ 連結片
４４ 給液マニホールド ４５ 排液マニホールド
４４ａ、４５ａ マニホールドシール溝
４６ 給液ガイド溝 ４７ 排液ガイド溝
４８ シール溝
４８ｉ 内周シール溝 ４８ｏ 外周シール溝
４８Ｌ 長直線部 ４８Ｓ 短直線部 ４８Ｃ 湾曲部
４９ 幅狭部 ４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄ、４９ｅ 突片
５ シール部材
１００ 電池セル
１０１ 隔膜 １０２ 正極セル １０３ 負極セル
１０４ 正極電極 １０５ 負極電極
１０６ 正極電解液タンク １０７ 負極電解液タンク
１０８、１０９ 供給導管 １１０、１１１ 排出導管
１１２、１１３ ポンプ
１２０ セルフレーム
１２１ 双極板 １２２ 枠体
１３１、１３２ 給液マニホールド １３３、１３４ 排液マニホールド
１４０ シール部材
２００ セルスタック

Claims (4)

1. 電池セルを構成する電極と接する双極板、及び前記双極板の周縁を囲む枠体を有するセルフレームと、前記枠体に配置されて、前記電池セルへ供給する電解液の前記枠体外への漏洩を防止するシール部材とを備える電解液循環型電池であって、
   前記枠体は、前記シール部材が嵌め込まれるシール溝が形成されており、
   前記シール溝は、前記シール部材を弾性変形させて前記シール溝からの脱落を防止する幅狭部を備え、
   前記幅狭部は、前記シール溝の深さ方向に一様な幅を有する電解液循環型電池。
2. 前記シール部材の非圧縮時の径をＤ（ｍｍ）、前記幅狭部の幅をＷｎ（ｍｍ）とするとき、
   前記幅狭部の幅Ｗｎが、０．６０Ｄ以上０．９７Ｄ以下である請求項１に記載の電解液循環型電池。
3. 前記幅狭部は、前記シール溝の長手方向に５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下の間隔で設けられている請求項１又は請求項２に記載の電解液循環型電池。
4. 前記シール溝は、長手方向に湾曲する湾曲部を備え、
   前記幅狭部は、前記湾曲部に形成されている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電解液循環型電池。

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