JP6268531B2 - Redox flow battery - Google Patents
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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4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も、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と、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と、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と、を備える水封弁を有し、調圧液は、常温・常圧で不揮発性の液体である。 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 includes a storage container for storing the pressure adjusting liquid, and 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 second exhaust pipe having one end opened to the gas phase in the storage container and the other end opened to the atmosphere, and the pressure adjusting liquid is a non-volatile liquid at normal temperature and normal pressure It is.
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と、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と、一端が上記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と、を備える水封弁を有し、調圧液は、常温・常圧で不揮発性の液体である。 [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 includes a storage container for storing the pressure adjusting liquid, and 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 second exhaust pipe having one end opened to the gas phase in the storage container and the other end opened to the atmosphere, and the pressure adjusting liquid is non-volatile at normal temperature and normal pressure It is liquid.
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貯留される調圧液が、常温・常圧で不揮発性の液体であり、そもそも調圧液が殆ど減ることがないからである。 Moreover, a redox flow battery provided with the said pressure adjustment mechanism is a redox flow battery with little maintenance effort. This is because the pressure adjusting liquid stored in the storage container of the water seal valve is a non-volatile liquid at normal temperature and normal pressure, and the pressure adjusting liquid hardly decreases in the first place.
[2]本実施形態のレドックスフロー電池として、調圧液の比重が水の比重よりも軽い形態を挙げることができる。その場合、水封弁はさらに、貯留容器の側部または底部に開口し、貯留容器内で調圧液の下方に溜まる結露水を外部に排出するオーバーフロー管を備える。 [2] As the redox flow battery of the present embodiment, a form in which the specific gravity of the pressure adjusting liquid is lighter than the specific gravity of water can be mentioned. In this case, the water seal valve further includes an overflow pipe that opens to the side or bottom of the storage container and discharges the condensed water that accumulates below the pressure adjusting liquid in the storage container.
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、貯留容器内で調圧液の下方に結露水が溜まる。結露水によって貯留容器内の液量が多くなり過ぎると、調圧する圧力値が上昇するといった問題や、第二排気管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ある。このような問題に対して、貯留容器から結露水を排出するオーバーフロー管を設けることで、貯留容器内に貯留される液量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 lot of water vapor, when the temperature of the redox flow battery installation environment decreases, the water vapor in the storage container is condensed, and the pressure inside the storage container Condensed water accumulates on the surface. When the amount of liquid in the storage container becomes too large due to condensed water, there are problems that the pressure value to be adjusted increases, and that the pressure adjusting liquid overflows from the second exhaust pipe and the water seal valve does not function. For such a problem, by providing an overflow pipe that discharges condensed water from the storage container, the amount of liquid stored in the storage container can be limited to a predetermined amount or less, thereby suppressing the occurrence of the above problem. can do.
[3]本実施形態のレドックスフロー電池として、調圧液の比重が水の比重よりも重い形態を挙げることができる。その場合、水封弁はさらに、貯留容器の側部に開口し、貯留容器内で調圧液の上方に溜まる結露水を外部に排出するオーバーフロー管を備える。 [3] The redox flow battery of the present embodiment can include a form in which the specific gravity of the pressure adjusting liquid is heavier than the specific gravity of water. In that case, the water seal valve further includes an overflow pipe that opens to the side portion of the storage container and discharges the condensed water accumulated above the pressure adjusting liquid in the storage container.
既に述べたように、貯留容器内には結露水が溜まる。比重の関係で結露水は調圧液の上方に溜まるので、結露水によって貯留容器の液量が多くなり過ぎると、第二排気管から結露水が溢れ、水封弁が機能しなくなる恐れがある。このような問題に対して、貯留容器から結露水を排出するオーバーフロー管を設けることで、貯留容器内の液量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。 As already described, condensed water accumulates in the storage container. Condensed water accumulates above the pressure-regulating liquid due to the specific gravity, so if the amount of liquid in the storage container becomes too large due to condensed water, the condensed water may overflow from the second exhaust pipe and the water seal valve may not function. . For such a problem, by providing an overflow pipe for discharging condensed water from the storage container, the amount of liquid in the storage container can be limited to a predetermined amount or less, so that the occurrence of the above problem can be suppressed. it can.
[4]調圧液の比重が水の比重よりも重く、調圧液の上方から結露水を排出す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 in which the specific gravity of the pressure adjusting liquid is heavier than the specific gravity of water and dew condensation water is discharged from above the pressure adjusting liquid, the water seal valve is further provided on the opening side of the first exhaust pipe. An embodiment may be mentioned in which a portion is housed inside and a wave-proof cylinder is provided that suppresses the undulation of the liquid level in the storage container caused by bubbles discharged from the first exhaust pipe. 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.
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・泡立ちを抑制することができる。このように、貯留容器内の液面の波立ち・泡立ちを抑制すれば、貯留容器内の液面付近で結露水と調圧液が混ざることを抑制することができ、結露水と共に調圧液がオーバーフロー管から排出されることを抑制することができる。 Since the opening on the lower side of the breaker tube opens below the opening of the first exhaust pipe, most of the bubbles discharged from the electrolyte tank to the first exhaust pipe are liquid in the breaker tube. Get into the phase. 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 prevented from undulating and bubbling. In this way, by suppressing the undulation and foaming of the liquid level in the storage container, it is possible to suppress the mixing of the condensed water and the pressure adjusting liquid near the liquid level in the storage container. It is possible to suppress discharge from the overflow pipe.
[5]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。 [5] The redox flow battery of the present embodiment may include a form including a breathing bag attached to at least one of the positive electrode electrolyte tank and the 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4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4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 that of the RF battery β described with reference to the operation principle diagram of FIG. 4 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には、常温・常圧で不揮発性の液体で、かつ水よりも比重が軽い液体を用いる。その他、調圧液10Lに求められる性質として、有害性が低い、水と分離する、凍結し難いといった性質を挙げることができる。そのような特性を満たす調圧液10Lとして、例えばシリコーンオイルや流動パラフィンなどを挙げることができる。特にシリコーンオイルは、耐熱性、耐寒性、耐水性に優れ、広い温度範囲にわたって粘度変化が少ないため、調圧液10Lとして好ましい。シリコーンオイルは側鎖数などによって複数種存在するが、その比重は概ね水の比重よりも軽い。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(100cm3)以上5リットル以下とすることが好ましい。
As the pressure adjusting liquid 10L, a liquid that is a non-volatile liquid at normal temperature and pressure and has a specific gravity lower than that of water is used. In addition, the properties required for the pressure adjusting liquid 10L include properties such as low toxicity, separation from water, and difficulty in freezing. Examples of the pressure adjusting liquid 10L satisfying such characteristics include silicone oil and liquid paraffin. In particular, silicone oil is preferable as the pressure adjusting liquid 10L because it is excellent in heat resistance, cold resistance, and water resistance and has little change in viscosity over a wide temperature range. There are multiple types of silicone oil depending on the number of side chains, etc., but the specific gravity is generally lighter than the specific gravity of water. The amount of the pressure adjusting liquid 10L stored in the
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、0.5リットル以上10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の下端位置は、貯留容器10の底面に届かない所定高さとすることが好ましい。この下端位置は、後述する結露水10Wの貯留容器10での上限水位よりも上方が好ましい。そうすることで、後述する結露水10W内でバブリングが起こり、調圧液10Lと結露水10Wが激しく混合されることを回避することができる。この第一排気管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、貯留容器10の底部で調圧液10Lと後述する結露水10Wとが激しく混合される恐れがある。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 lower end position 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。
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
ここで、水封弁1A中の調圧液10Lは激しくバブリングされることがある。しかし、調圧液10Lは、常温・常圧で不揮発性の液体で構成されているため、貯留容器10内の調圧液10Lは殆ど減少することがない。そのため、調圧液10Lの量を監視したり、調圧液10Lを適宜補充したりといった手間を低減することができる。
Here, the pressure adjusting liquid 10L in 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の破裂が抑制される。
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、オーバーフロー管14を備える。オーバーフロー管14は、貯留容器10内に貯留される調圧液10Lの液位を所定位置以下に制限する部材である。貯留容器10内の気相には多くの水蒸気が含まれているため、RF電池α(図1参照)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内で調圧液10Lの下方に結露水10Wが溜まる。結露水10Wによって貯留容器10内の液量が多くなり過ぎると、調圧する圧力値が増加するといった問題や、第二排気管12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。このような問題に対して、貯留容器10から結露水10Wを排出するオーバーフロー管14を設けることで、貯留容器10内に貯留される液量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。
The
オーバーフロー管14は、貯留容器10の高さ方向の下端寄りの側部に連通する横向き配管141と、鉛直上方に伸びる縦向き配管142と、縦向き配管142の上端側に繋がる横向き配管143と、を備える。このような構成とすることで、貯留容器10内の液面が上方の横向き配管143の高さまで達したとき、自動で結露水10Wをオーバーフロー管14から排出させることができる。つまり、貯留容器10内の液量は、上方の横向き配管143を超えることはなく、貯留容器10から液が溢れることはない。なお、オーバーフロー管14は、貯留容器10の底部に連通していてもかまわない。
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。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>
実施形態2では、水よりも比重が重い調圧液10Lを用いた水封弁1Bの構成を図3に基づいて説明する。
<Embodiment 2>
Embodiment 2 demonstrates the structure of the
図3に示す水封弁1Bに用いる調圧液10Lは、その比重が水の比重よりも重い。それ以外に本例の調圧液10Lに要求される特性は、実施形態1の調圧液10Lと同じである(不揮発性など)。このような特性を満たす調圧液10Lとして、例えばリン酸エステル、塩素化パラフィン、フッ素系オイルなどを挙げることができる。
The specific gravity of the pressure adjusting liquid 10L used for the
調圧液10Lの比重が水の比重よりも重い場合、結露水10Wは調圧液10Lの上方に溜まる。そこで、本実施形態では、貯留容器10の高さ方向中間部における側部にオーバーフロー管15を繋げる。オーバーフロー管15は、U字配管152と、その両端部に配置される二つの横向き配管151,153と、を備える。U字配管152の左側(貯留容器10側)の横向き配管151よりも、右側の横向き配管153の方が若干低い位置に配置されている。このような構成によって、貯留容器10内の液面が右側の横向き配管153の高さまで達したとき、貯留容器10内のガスが排出されることなく、自動で結露水10Wをオーバーフロー管15から排出させることができる。つまり、貯留容器10内の液量は、右側の横向き配管153の高さを超えることはなく、貯留容器10から液が溢れることはない。
When the specific gravity of the pressure adjusting liquid 10L is heavier than the specific gravity of water, the
本例の水封弁1B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の下方側の開口部が第一排気管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。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。このように、貯留容器10内の液面の波立ち・泡立ちを抑制すれば、貯留容器10内の液面付近で結露水10Wと調圧液10Lが混ざることを抑制することができ、結露水10Wと共に調圧液10Lがオーバーフロー管15から排出されることを抑制することができる。
Since the opening on the lower side of the
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
1A,1B 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 141,143 横向き配管 142 縦向き配管
15 オーバーフロー管 151,153 横向き配管 152 U字配管
10L 調圧液 10W 結露水
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 (4)
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と、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と、一端が前記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と、を備える水封弁を有し、
前記調圧液は、その比重が水の比重よりも軽く、かつ常温・常圧で不揮発性の液体であり、
前記水封弁はさらに、前記貯留容器の側部または底部に開口し、前記貯留容器内で前記調圧液の下方に溜まる結露水を外部に排出するオーバーフロー管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;
The pressure adjusting mechanism includes a storage container for storing the pressure adjusting liquid, a first gas phase 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. A water seal valve comprising: one exhaust pipe; and a second exhaust pipe having one end opened to the gas phase in the storage container and the other end opened to the atmosphere;
The tone liquid is lighter than the specific gravity specific gravity of water, and Ri liquid der nonvolatile at normal temperature and pressure,
The water seal valve is a redox flow battery further including an overflow pipe that opens to a side portion or a bottom portion of the storage container and discharges condensed water that accumulates below the pressure adjusting liquid in the storage container to the outside .
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と、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と、一端が前記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と、を備える水封弁を有し、
前記調圧液は、その比重が水の比重よりも重く、かつ常温・常圧で不揮発性の液体であり、
前記水封弁はさらに、前記貯留容器の側部に開口し、前記貯留容器内で前記調圧液の上方に溜まる結露水を外部に排出するオーバーフロー管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;
The pressure adjusting mechanism includes a storage container for storing the pressure adjusting liquid, a first gas phase 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. A water seal valve comprising: one exhaust pipe; and a second exhaust pipe having one end opened to the gas phase in the storage container and the other end opened to the atmosphere;
The tone liquid, the specific gravity heavier than the specific gravity of water, and Ri liquid der nonvolatile at normal temperature and pressure,
The water seal valve is a redox flow battery further comprising an overflow pipe that opens to a side portion of the storage container and discharges condensed water accumulated in the storage container above the pressure adjusting liquid to the outside .
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、および液面よりも高い位置に開口している請求項2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
Opening of the lower side of the anti-wave tube, and upper side, respectively opening of the position lower than the opening of the first exhaust pipe, and claim 2 which opens at a position higher than the liquid level Redox flow battery.
Priority Applications (6)
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