JP3877714B2 - 蓄電システム - Google Patents

Description

本発明は、電気供給系（例えば、電力会社からの供給電力）からの電気を充電して電気需要系（例えば、各種の電気機器類）に放電する常用蓄電池が、前記電気供給系と電気需要系との間に設けられている蓄電システムに関する。

このような蓄電システムは、例えば、ビルやマンションなどに設置して、昼と夜との電力需要の差や季節による電力需要の差などを平準化するためなどに使用されるもので、従来、常用蓄電池としてレドックスフロー電池を使用し、電気供給系からの電気の供給が停止した際にも、そのレドックスフロー電池からなる常用蓄電池から電気需要系に放電するように構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−７３２６号公報（図１〜図３）

しかし、上記文献に記載の蓄電システムでは、電力負荷を平準化するための蓄電池が、電気供給系からの電気の供給が停止した際の電力確保をも兼用するものであるから、実際に電力の供給が停止した際、必ずしも十分な電力が蓄電されているとは限らず、この点に改良の余地があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目したもので、その目的は、常に必要量の電力を確保して、たとえ電気供給系からの電気の供給が停止しても、電気需要系に対して直ちに必要な電気を放電することのできる蓄電システムを提供することにある。

請求項１の発明の特徴構成は、電気供給系からの電気を充電して電気需要系に放電する常用蓄電池が、前記電気供給系と電気需要系との間に設けられている蓄電システムであって、前記電気供給系からの電気を充電して電気供給系からの電気の供給が停止した際に前記電気需要系に放電する非常用蓄電池が設けられ、前記常用蓄電池が、充電と放電を行う常用セルと常用電解液を貯蔵する常用タンクを備え、その常用電解液を前記常用セルと常用タンクの間で循環させるレドックスフロー電池であり、前記非常用蓄電池が、充電と放電を行う非常用セルと非常用電解液を貯蔵する非常用タンクを備え、その非常用電解液を前記非常用セルと非常用タンクの間で循環させるレドックスフロー電池であり、前記非常用蓄電池が、その非常用蓄電池の非常用電解液と前記常用蓄電池の常用電解液との間で熱交換するように設けられた熱交換器を介して前記常用蓄電池からの発生熱により加熱されるように構成され、前記常用電解液と非常用電解液が、前記熱交換器を介して循環する加熱循環状態と、前記熱交換器を迂回して循環する非加熱循環状態とに切り換え自在に構成されているところにある。

請求項１の発明の特徴構成によれば、電気供給系からの電気を充電して電気需要系に放電する常用蓄電池に加えて、電気供給系からの電気を充電して電気供給系からの電気の供給が停止した際に電気需要系に放電する非常用蓄電池が設けられているので、その非常用蓄電池によって非常時に必要な量の電力を常に確保しておくことが可能となる。
さらに、非常時における電力の確保に関しては、例えば、自家発電機を設置することも可能であるが、自家発電機では、可燃性の燃料などを常備しておく必要があり、また、比較的煩雑な定期点検も欠かすことができず、実際の使用に際して煩わしいことも多い。
その点、蓄電池では、燃料の常備が不要で、自家発電機ほど煩雑な点検を必要とせず、メンテナンスが容易となる利点がある。

その反面、蓄電池は温度によって電池性能が左右されるので、非常用蓄電池を常に所定の温度範囲内に維持しておく必要があり、そのためには、例えば、ヒータなどの加熱装置が不可欠となる。
しかし、本発明の蓄電システムでは、非常用蓄電池が、その非常用蓄電池と常用蓄電池との間に設けられた熱交換器を介して常用蓄電池からの発生熱により加熱されるように構成されているので、常用蓄電池の発生熱を有効に利用することで、殊更、非常用蓄電池用の加熱装置などを必要とすることなく、非常用蓄電池を常に所定の温度範囲内に維持することができ、必要な場合には直ちに、所定の電池性能で電気需要系に放電することが可能となる。

また、請求項１の発明の特徴構成によれば、常用蓄電池が、充電と放電を行う常用セルと常用電解液を貯蔵する常用タンクを備え、その常用電解液を常用セルと常用タンクの間で循環させるレドックスフロー電池であるから、他の蓄電池に比べて蓄電の大容量化が可能であり、しかも、装置の大部分を占めるのは常用電解液を貯蔵する常用タンクであるから、地下の空きスペースなどに設置することができ、特にビルやマンションなどで使用するのに最適な蓄電システムとなる。

さらに、請求項１の発明の特徴構成によれば、非常用蓄電池が、充電と放電を行う非常用セルと非常用電解液を貯蔵する非常用タンクを備え、その非常用電解液を非常用セルと非常用タンクの間で循環させるレドックスフロー電池であるから、非常用蓄電池においても蓄電の大容量化が可能となり、非常用電解液を貯蔵する非常用タンクを地下の空きスペースなどに設置することで、ビルやマンションでの使用に最適な蓄電システムとなる。
そして、レドックスフロー電池では、電池性能の温度特性が電解液の温度に依存するので、常用蓄電池であるレドックスフロー電池の常用電解液と非常用蓄電池であるレドックスフロー電池の非常用電解液との間で熱交換することにより、常用蓄電池の発生熱を効率良く利用して非常用蓄電池を所定の温度範囲内に維持することができる。
その上、請求項１の発明の特徴構成によれば、常用電解液と非常用電解液が、熱交換器を介して循環する加熱循環状態と、熱交換器を迂回して循環する非加熱循環状態とに切り換え自在に構成されているので、加熱循環状態と非加熱循環状態とに切り換えることにより、非常用蓄電池の温度をより一層確実に所定の温度範囲内に維持することができる。

請求項２の発明の特徴構成は、前記熱交換器が、前記非常用タンク内に配設された常用電解液用の配管で構成されているところにある。

請求項２の発明の特徴構成によれば、前記熱交換器が、非常用タンク内に配設された常用電解液用の配管で構成されているので、非常用タンク内に常用電解液用の配管を配設するだけの簡単な構造で済み、したがって、蓄電システムの低廉化を図ることができる。

本発明による蓄電システムの実施の形態を図面に基づいて説明する。
この蓄電システムは、例えば、ビルやマンションの地下などに設置して、昼と夜との電力需要の差や季節による電力需要の差などを平準化するためなどに使用するもので、図１の原理図に示すように、図外の電気供給系Ｃ（例えば、電力会社からの供給電力）からの電気を充電して電気需要系Ｄ（例えば、各種の電気機器類）に放電する常用蓄電池Ａが、電気供給系Ｃと電気需要系Ｄとの間に設けられ、さらに、その常用蓄電池Ａに加えて、電気供給系Ｃからの電気を充電しておいて、電気供給系Ｃからの電気の供給が停止した際に電気需要系Ｄに放電する非常用蓄電池Ｂが、電気供給系Ｃと電気需要系Ｄとの間に設けられている。

常用蓄電池Ａは、充電と放電を行う常用セル１と、常用電解液を貯蔵する正極用の常用タンク２ａおよび負極用の常用タンク２ｂなどを備えたレドックスフロー電池であって、正極用の常用タンク２ａには、常用電解液３ａとしてのＶ⁵⁺およびＶ⁴⁺硫酸水溶液が貯蔵され、負極用の常用タンク２ｂには、常用電解液３ｂとしてのＶ²⁺およびＶ³⁺硫酸水溶液が貯蔵される。
常用セル１は、電子の通過を許容し他のイオンの通過を阻止するイオン交換膜からなる隔膜４によって正極セル１ａと負極セル１ｂに区画され、正極セル１ａには正極５ａが、負極セル１ｂには負極５ｂが配置されて、正極５ａと負極５ｂが、交流電気を直流電気に変換したり、逆に、直流電気を交流電気に変換する交直変換装置６を介して、電気供給系Ｃと電気需要系Ｄとにそれぞれ接続されている。

正極セル１ａと正極用の常用タンク２ａは、配管で構成される往路７ａと復路８ａにより接続され、往路７ａには循環ポンプ９ａが介装され、復路８ａには冷却器１０ａと熱交換器１１ａが介装されて、循環ポンプ９ａにより常用電解液３ａが正極セル１ａと正極用の常用タンク２ａ間で循環されるように構成されている。
同様に、負極セル１ｂと負極用の常用タンク２ｂも、配管で構成される往路７ｂと復路８ｂにより接続され、往路７ｂには循環ポンプ９ｂが介装され、復路８ｂには冷却器１０ｂと熱交換器１１ｂが介装されて、循環ポンプ９ｂにより常用電解液３ｂが負極セル１ｂと負極用の常用タンク２ｂ間で循環されるように構成されている。

非常用蓄電池Ｂも、充電と放電を行う非常用セル１２と、非常用電解液を貯蔵する正極用の非常用タンク１３ａおよび負極用の非常用タンク１３ｂなどを備えたレドックスフロー電池であって、正極用の非常用タンク１３ａには、非常用電解液１４ａとしてのＶ⁵⁺およびＶ⁴⁺硫酸水溶液が、負極用の非常用タンク１３ｂには、非常用電解液１４ｂとしてのＶ²⁺およびＶ³⁺硫酸水溶液が貯蔵される。
非常用セル１２も、電子の通過を許容し他のイオンの通過を阻止するイオン交換膜からなる隔膜１５によって正極セル１２ａと負極セル１２ｂに区画され、正極セル１２ａには正極１６ａが、負極セル１２ｂには負極１６ｂが配置されて、正極１６ａと負極１６ｂが、交流電気を直流電気に変換したり、逆に、直流電気を交流電気に変換する交直変換装置１７を介して、電気供給系Ｃと電気需要系Ｄとにそれぞれ接続されている。

この非常用蓄電池Ｂにおいても、正極セル１２ａと正極用の非常用タンク１３ａは、配管で構成される往路１８ａと復路１９ａにより接続され、往路１８ａに介装された循環ポンプ２０ａにより非常用電解液１４ａが正極セル１２ａと正極用の非常用タンク１３ａ間で循環されるように構成されるとともに、常用蓄電池Ａの熱交換器１１ａが正極用の非常用タンク１３ａ内に配設されて、常用電解液３ａと非常用電解液１４ａとの間で熱交換するように構成されている。
具体的には、熱交換器１１ａが、非常用タンク１３ａ内に配設された常用電解液３ａ用の配管である復路８ａにより構成されているが、より熱交換率のよい熱交換器を復路８ａに介装して実施することもできる。

同様に、負極セル１２ｂと負極用の非常用タンク１３ｂも、配管で構成される往路１８ｂと復路１９ｂにより接続され、往路１８ｂに介装の循環ポンプ２０ｂにより非常用電解液１４ｂが負極セル１２ｂと負極用の非常用タンク１３ｂ間で循環されるように構成され、かつ、常用蓄電池Ａの熱交換器１１ｂが負極用の非常用タンク１３ｂ内に配設されて、常用電解液３ｂと非常用電解液１４ｂとの間で熱交換するように構成されている。
この熱交換器１１ｂに関しても、非常用タンク１３ｂ内に配設された常用電解液３ｂ用の配管である復路８ｂにより構成されているが、熱交換率のよい熱交換器を復路８ｂに介装して実施することもできる。

以上の構成からなる蓄電システムは、その作動が全て制御装置Ｅにより制御されるように構成されていて、制御装置Ｅには、常用電解液３ａ，３ｂの温度を検出するために常用タンク２ａ，２ｂ内に配設された常用温度センサ２１ａ，２１ｂからの検出信号、さらには、非常用電解液１４ａ，１４ｂの温度を検出するために非常用タンク１３ａ，１３ｂ内に配設された非常用温度センサ２２ａ，２２ｂからの検出信号などが入力されるように構成されている。
そして、例えば、常用蓄電池Ａの充電時や放電時には、循環ポンプ９ａ，９ｂが駆動されて常用電解液３ａ，３ｂが循環され、必要に応じて、非常用蓄電池Ｂの循環ポンプ２０ａ，２０ｂも駆動され、充電や放電により発生する常用蓄電池Ａ側の熱が、常用電解液３ａ，３ｂおよび熱交換器１１ａ，１１ｂを介して非常用電解液１４ａ，１４ｂに伝えられるとともに、冷却器１０ａ，１０ｂもＯＮ、ＯＦＦされて、非常用電解液１４ａ，１４ｂが所定の温度範囲内に維持されるのである。

〔別実施形態〕
つぎに、別の実施形態について説明するが、重複説明を避けるため、先の実施形態で説明した構成部品や同じ作用を有する構成部品については、同じ符号を付すことにより説明を省略し、主として先の実施形態と異なる構成について説明する。

（１）図２に示す蓄電システムにおいては、熱交換器１１ａ，１１ｂを迂回する迂回路２３ａ，２３ｂが、常用蓄電池Ａの復路８ａ，８ｂに設けられ、かつ、常用電解液３ａ，３ｂが、熱交換器１１ａ，１１ｂを通流して非常用電解液１４ａ，１４ｂを加熱しながら循環する加熱循環状態と、迂回路２３ａ，２３ｂを通流して非常用電解液１４ａ，１４ｂを加熱せずに循環する非加熱循環状態とに切り換えるための三方弁２４ａ，２４ｂが設けられていて、両三方弁２４ａ，２４ｂの切り換え作動も制御装置Ｅにより制御されるように構成されている。

なお、図１と図２に示した実施形態では、常用蓄電池Ａの復路８ａ，８ｂに熱交換器１１ａ，１１ｂを設けて、それを非常用蓄電池Ｂの非常用タンク１３ａ，１３ｂ内に配設した例を示したが、例えば、非常用蓄電池Ｂの往路１８ａ，１８ｂあるいは復路１９ａ，１９ｂに熱交換器を設けて、それを常用蓄電池Ａの常用タンク２ａ，２ｂ内に配設することもでき、さらに、常用蓄電池Ａの復路８ａ，８ｂと非常用蓄電池Ｂの往路１８ａ，１８ｂまたは復路１９ａ，１９ｂとの間に熱交換器を介装して、常用電解液３ａ，３ｂと非常用電解液１４ａ，１４ｂとの間で熱交換するように構成することもでき、熱交換器１１ａ，１１ｂの配設箇所や具体的な構造などについては種々の変更が可能である。

蓄電システムの原理図 別の実施形態による蓄電システムの原理図

符号の説明

１ 常用セル
２ａ，２ｂ 常用タンク
３ａ，３ｂ 常用電解液
８ａ，８ｂ 常用電解液用の配管
１１ａ，１１ｂ 熱交換器
１２ 非常用セル
１３ａ，１３ｂ 非常用タンク
１４ａ，１４ｂ 非常用電解液
Ａ 常用蓄電池
Ｂ 非常用蓄電池
Ｃ 電気供給系
Ｄ 電気需要系

Claims (2)

1. 電気供給系からの電気を充電して電気需要系に放電する常用蓄電池が、前記電気供給系と電気需要系との間に設けられている蓄電システムであって、
   前記電気供給系からの電気を充電して電気供給系からの電気の供給が停止した際に前記電気需要系に放電する非常用蓄電池が設けられ、
   前記常用蓄電池が、充電と放電を行う常用セルと常用電解液を貯蔵する常用タンクを備え、その常用電解液を前記常用セルと常用タンクの間で循環させるレドックスフロー電池であり、
   前記非常用蓄電池が、充電と放電を行う非常用セルと非常用電解液を貯蔵する非常用タンクを備え、その非常用電解液を前記非常用セルと非常用タンクの間で循環させるレドックスフロー電池であり、
   前記非常用蓄電池が、その非常用蓄電池の非常用電解液と前記常用蓄電池の常用電解液との間で熱交換するように設けられた熱交換器を介して前記常用蓄電池からの発生熱により加熱されるように構成され、
   前記常用電解液と非常用電解液が、前記熱交換器を介して循環する加熱循環状態と、前記熱交換器を迂回して循環する非加熱循環状態とに切り換え自在に構成されている蓄電システム。
2. 前記熱交換器が、前記非常用タンク内に配設された常用電解液用の配管で構成されている請求項１に記載の蓄電システム。

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