JPWO2017183643A1 - レドックスフロー電池の運搬構造、レドックスフロー電池の運搬方法、およびレドックスフロー電池 - Google Patents

Abstract

レドックスフロー電池の電池セルを複数積層してなるセルスタックと、前記セルスタックを内部に収納するコンテナと、前記コンテナ内で前記セルスタックを鉛直下方から支える振動吸収部材と、を備えるレドックスフロー電池の運搬構造。

Description

本発明は、レドックスフロー電池の運搬構造、レドックスフロー電池の運搬方法、およびレドックスフロー電池に関するものである。
本出願は、２０１６年４月２０日付の日本国出願の特願２０１６−０８４５４１に基づく優先権を主張し、前記日本国出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

太陽光発電や風力発電といった新エネルギーを蓄電する大容量の蓄電池の一つに電解液循環型電池、代表的にはレドックスフロー電池がある。レドックスフロー電池は、正極用電解液に含まれるイオンと負極用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電池である（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−７９７３８号公報

本開示のレドックスフロー電池の運搬構造は、
レドックスフロー電池の電池セルを複数積層してなるセルスタックと、
前記セルスタックを内部に収納するコンテナと、
前記コンテナ内で前記セルスタックを鉛直下方から支える振動吸収部材と、
を備えるレドックスフロー電池の運搬構造。

本開示のレドックスフロー電池の運搬方法は、
レドックスフロー電池の電池セルを複数積層してなるセルスタックを、コンテナ内に振動吸収部材で鉛直下方から支持した状態に収納して、そのコンテナを運搬するレドックスフロー電池の運搬方法。

本開示のレドックスフロー電池は、
レドックスフロー電池の電池セルを複数積層してなるセルスタックと、
前記セルスタックを鉛直下方から支える振動吸収部材と、
を備える。

レドックスフロー電池の動作原理図である。 セルスタックの概略構成図である。 実施形態１に係るレドックスフロー電池の運搬構造の概略部分断面図である。 図３を左側面から見たレドックスフロー電池の運搬構造の概略部分断面図である。 実施形態２に係るレドックスフロー電池の運搬構造の概略部分断面図である。

［本開示が解決しようとする課題］
近年、新エネルギーの蓄電手段としてレドックスフロー電池の需要の増加が期待されている。例えば、砂漠などの広大な非居住地などに太陽光発電所を建設し、そこにレドックスフロー電池を併設することが検討されている。ここで、レドックスフロー電池の構成部材を海上輸送することや未舗装地を陸送することなどが想定され、このような過酷な運搬条件では運搬時に上記構成部材に損傷が生じることが懸念される。しかし、過酷な運搬条件下における最適なレドックスフロー電池の運搬構造は現在のところ検討されていない。

本開示では、過酷な運搬条件下であっても運搬時にレドックスフロー電池に損傷が生じることを抑制できるレドックスフロー電池の運搬構造、レドックスフロー電池の運搬方法、およびレドックスフロー電池を提供することにある。

［本開示の効果］

上記レドックスフロー電池の運搬構造によれば、運搬時の振動によってレドックスフロー電池に備わるセルスタックに損傷が生じることを抑制できる。

上記レドックスフロー電池の運搬方法によれば、レドックスフロー電池に備わるセルスタックに損傷が生じることを抑制しつつ、レドックスフロー電池のセルスタックを運搬できる。

上記レドックスフロー電池によれば、運搬時の振動によってセルスタックに損傷が生じることを抑制できる。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。

レドックスフロー電池の構成部材をコンテナに収納して運搬する場合、コンテナの下部に制振構造を取り付ける対応が挙げられる。しかし、この対応ではコンテナの積み替えなどを行なう場合、コンテナの内部にあるレドックスフロー電池の構成部材に作用する応力を緩和することができない。かといって、構成部材の全てに制振構造を取り付けることは手間とコストの点で現実的ではない。そこで、本発明者らは、レドックスフロー電池をコンテナに収納して運搬する際、レドックスフロー電池のどの構成部材に特に制振構造を適用するべきかを検討した。その結果、本発明者らは、比較的強度の低い隔膜や電極などが積層されてなるセルスタックに対して制振構造を適用する必要があるとの知見を得た。その知見に基づいて、実施形態に係るレドックスフロー電池の運搬構造を以下に規定する。

＜１＞実施形態に係るレドックスフロー電池の運搬構造は、
レドックスフロー電池の電池セルを複数積層してなるセルスタックと、
前記セルスタックを内部に収納するコンテナと、
前記コンテナ内で前記セルスタックを鉛直下方から支える振動吸収部材と、
を備える。

セルスタックを鉛直下方から支える部材を振動吸収部材とすることで、コンテナが振動したり、コンテナに衝撃が作用したりしても、レドックスフロー電池のセルスタックに大きな慣性力が作用することを抑制できる。その結果、運搬時にセルスタックに損傷が生じることを抑制でき、運搬後のレドックスフロー電池の設置・運用を円滑に行なうことができる。

＜２＞実施形態に係るレドックスフロー電池の運搬構造の一形態として、
前記振動吸収部材は、制振ゴムである形態を挙げることができる。

制振ゴムは、長期にわたって振動吸収能を維持することができるため、運搬時の振動吸収部材として好ましい。特に、海上輸送と長距離の陸送を行なう場合、制振ゴムによって長期にわたり確実に運搬時の振動を吸収することができる。

＜３＞実施形態に係るレドックスフロー電池の運搬構造の一形態として、
前記振動吸収部材は、空気バネである形態を挙げることができる。

空気バネは、大きな振動を大幅に減衰できる上、共振し難いため、運搬時の振動吸収部材として好ましい。また、空気バネは、空気バネに封入される空気量を調整することで、セルスタックの支持高さを容易に調整できるという利点を有する。

＜４＞実施形態に係るレドックスフロー電池の運搬構造の一形態として、
前記セルスタックは、前記電池セルを複数積層した積層構造物をその両側から挟み込んで締め付ける一対のエンドプレートを備え、
前記エンドプレートは、その鉛直下方側の部分に前記振動吸収部材が取り付けられる取付部を備える形態を挙げることができる。

一対のエンドプレートは、電池セルを積層してなる積層構造体をその両側から締め付けて、積層構造体の積層状態を保持するためのものであり、高強度・高剛性である。そのため、エンドプレートは、高重量のセルスタックを支持し、かつ振動を吸収する振動吸収部材の取付部を設ける部材として好適である。

＜５＞実施形態に係るレドックスフロー電池の運搬方法は、
レドックスフロー電池の電池セルを複数積層してなるセルスタックを振動吸収部材によって鉛直下方から支持した状態でコンテナ内に収納して、そのコンテナを運搬する。

セルスタックを鉛直下方から振動吸収部材で支持することで、コンテナが振動したり、コンテナに衝撃が作用したりしても、レドックスフロー電池のセルスタックに大きな慣性力が作用することを抑制できる。その結果、運搬時にセルスタックに損傷が生じることを抑制でき、運搬後のレドックスフロー電池の設置・運用を円滑に行なうことができる。

＜６＞実施形態に係るレドックスフロー電池は、
レドックスフロー電池の電池セルを複数積層してなるセルスタックと、
前記セルスタックを鉛直下方から支える振動吸収部材と、
を備える。

セルスタックを鉛直下方から振動吸収部材で支持することで、レドックスフロー電池の運搬時の振動によってレドックスフロー電池のセルスタックに損傷が生じることを抑制できる。

［本願発明の実施形態の詳細］
以下、実施形態に係るレドックスフロー電池（ＲＦ電池）の運搬構造、および運搬方法の実施形態を説明する。なお、本発明は実施形態に示される構成に限定されるわけではなく、請求の範囲によって示され、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。

＜実施形態１＞
実施形態に係るＲＦ電池の運搬構造１と運搬方法の説明に先立ち、ＲＦ電池αの基本構成を図１，２に基づいて説明する。

図１のＲＦ電池αの動作原理図に示すように、ＲＦ電池α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、かつ正極用電解液を貯留する正極電解液用タンク１０６が導管１０８，１１０を介して接続されている。導管１０８にはポンプ１１２が設けられており、これら部材１０６，１０８，１１０，１１２によって正極用電解液を循環させる正極用循環機構１００Ｐが構成されている。同様に、負極セル１０３には負極電極１０５が内蔵され、かつ負極用電解液を貯留する負極電解液用タンク１０７が導管１０９，１１１を介して接続されている。導管１０９にはポンプ１１３が設けられており、これらの部材１０７，１０９，１１１，１１３によって負極用電解液を循環させる負極用循環機構１００Ｎが構成されている。各タンク１０６，１０７に貯留される電解液は、充放電の際にポンプ１１２，１１３によりセル１０２，１０３内に循環される。充放電を行なわない場合、ポンプ１１２，１１３は停止され、電解液は循環されない。

上記電池セル１００は通常、図２に示すような、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、サブスタック２００ｓと呼ばれる積層構造物をその両側から二枚のエンドプレート２１０，２２０で挟み込み、締付機構２３０で締め付けることで構成されている（図示する構成では、複数のサブスタック２００ｓを用いている）。サブスタック２００ｓは、図２の上図に示すように、セルフレーム１２０、正極電極１０４、隔膜１０１、負極電極１０５、およびセルフレーム１２０で構成されるセルユニットを積層し、その積層体を給排板１９０，１９０（図２の下図参照）で挟み込んだ構成を備える。セルユニットに備わるセルフレーム１２０は、貫通窓を有する枠体１２２と貫通窓を塞ぐ双極板１２１とを有しており、双極板１２１の一面側には正極電極１０４が接触するように配置され、双極板１２１の他面側には負極電極１０５が接触するように配置される。この構成では、隣接する各セルフレーム１２０の双極板１２１の間に一つの電池セル１００が形成されることになる。

給排板１９０，１９０を介した電池セル１００への電解液の流通は、枠体１２２に形成される給液用マニホールド１２３，１２４と、排液用マニホールド１２５，１２６により行われる。正極用電解液は、給液用マニホールド１２３から枠体１２２の一面側（紙面表側）に形成される入口スリットを介して正極電極１０４に供給され、枠体１２２の上部に形成される出口スリットを介して排液用マニホールド１２５に排出される。同様に、負極用電解液は、給液用マニホールド１２４から枠体１２２の他面側（紙面裏側）に形成される入口スリット（点線で示す）を介して負極電極１０５に供給され、枠体１２２の上部に形成される出口スリット（点線で示す）を介して排液用マニホールド１２６に排出される。各セルフレーム１２０間には、Ｏリングや平パッキンなどの環状のシール部材１２７が配置され、サブスタック２００ｓからの電解液の漏れが抑制されている。

次に、実施形態に係るＲＦ電池の運搬構造１を図３，４に基づいて説明する。ＲＦ電池の運搬構造１は、セルスタック２と、コンテナ３と、振動吸収部材４と、を備える。ＲＦ電池のセルスタック２を運搬する場合、セルスタック２を収納するコンテナ３を運搬する。以下、ＲＦ電池の運搬構造１の各構成を詳細に説明する。

≪セルスタック≫
図３，４に示すセルスタック２の基本的な構成は、図２を参照して説明した従来のセルスタック２００と同様である。セルスタック２００の構成部材と同一の機能を有する部材については、セルスタック２００の構成部材と同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

既に説明したように、セルスタック２は、図２に示すように、複数の電池セルを積層して給排板１９０で挟み込んだサブスタック２００ｓをさらに複数積層して形成されている。複数のサブスタック２００ｓは、一対のエンドプレート２１０，２２０で挟み込まれ、締め付けられている。

本例のエンドプレート２１０（２２０；図４参照）は、その鉛直下端側に、エンドプレート２１０（２２０）の幅方向（図３の左右方向）に張り出す一対の取付部２１（２２；図４参照）を備える。つまり、セルスタック２に、合計四つの取付部２１，２２が形成されている。これら取付部２１，２２には、後述する振動吸収部材４が取り付けられる。

取付部２１は、図４の丸囲み拡大図に示すように、エンドプレート２１０の厚み方向に離隔する直角三角形状（図３参照）の二枚の三角板部２１Ａ，２１Ｂと、その二枚の三角板部２１Ａ，２１Ｂの下端を繋ぐ矩形板部２１Ｃと、で構成される。三角板部２１Ａはエンドプレート２１０の一面（紙面右側の面）に段差無く繋がり、三角板部２１Ｂはエンドプレート２１０の他面（紙面左側の面）に段差無く繋がっている。また、矩形板部２１Ｃには、後述する振動吸収部材４を固定するボルトを貫通させるボルト孔が形成されている。なお、取付部２２も、取付部２１と同様の構成を備えている。

≪コンテナ≫
コンテナ３は、既存の規格のもの（例えば、運搬用の４０フィートコンテナ）を利用することができる。コンテナ３の内部には、レドックスフロー電池の構成部材のうち、少なくともセルスタック２が収納される。セルスタック２は、図示するように、コンテナ３のコンテナ底面３０に直置きされていても良いし、何らかの台上に載置されていても良い。

コンテナ３の内部には、レドックスフロー電池の構成部材一式が収納されていても構わない。具体的には、上記セルスタック２の他に、図１を参照して説明した循環機構１００Ｐ，１００Ｎや、電解液の循環などを制御する制御機構などがコンテナ３の内部に収納される形態を挙げることができる。なお、電解液はタンク１０６，１０７に入れずに、別途運搬することが好適である。

≪振動吸収部材≫
振動吸収部材４は、コンテナ３が振動したり、コンテナ３に衝撃が作用したりしたときに、コンテナ３の振動を吸収する部材である。振動吸収部材４は、エンドプレート２１０，２２０に設けられる各取付部２１，２２に一つずつ設けられる。

振動吸収部材４として、本例では空気バネを採用している。空気バネ４は、大きな振動を大幅に減衰できる上、共振し難いため、運搬時にセルスタック２が振動することを効果的に抑制することができる。また、空気バネ４は、空気バネ４に封入される空気量を調整することで、セルスタック２の支持高さを容易に調整できるという利点を有する。空気バネ４としては、例えば、住友電気工業株式会社のスミマウント（商品名）などを挙げることができる。空気バネ４の代わりにオイルダンパなどを用いることもできる。

空気バネ４は、図３，４の丸囲み拡大図に示すように、上片部４０と下片部４１と弾性部４２とを備える。上片部４０は、取付部２１（２２）に固定される高剛性の部材である。下片部４１は、セルスタック２を載置する載置面（本例ではコンテナ底面３０）に接する台座となる部材である。弾性部４２は、上片部４０と下片部４１との間に配置されるゴムなどの弾性体で構成される部材であり、その内部に空気が封入されている。弾性部４２は複数段積み重ねられていても構わない。

≪効果≫
上記構成を備えるＲＦ電池の運搬構造１では、セルスタック２を鉛直下方から支える振動吸収部材４によって、セルスタック２が振動することを抑制することができる。そのため、例えばコンテナ３が振動したり、コンテナ３に衝撃が作用したりしても、セルスタック２に大きな慣性力が作用することが抑制される。その結果、運搬時にセルスタック２に損傷が生じることを抑制でき、運搬後のレドックスフロー電池の設置・運用を円滑に行なうことができる。

≪その他≫
ＲＦ電池の設置場所では、セルスタック２はエポキシなどの絶縁碍子を介して設置面に固定される。そのため、運搬時に取付部２１，２２に取り付けられていた空気バネ４は絶縁碍子に取り換えられる。ここで、空気バネ４は絶縁性の弾性部４２を備えているので、弾性部４２が所定の絶縁性能を有する場合、空気バネ４を絶縁碍子の代わりに利用できる可能性がある。この場合、空気バネ４を絶縁碍子に取り換える手間を低減できる。

≪試験例≫
試験例では、図３，４に示すエンドプレート２１０の上端中央部に加速度センサを取り付けて、コンテナ３の積み下ろしに伴ってセルスタック２に作用する鉛直方向の慣性力を測定した。その結果、セルスタック２にかかる慣性力は３Ｇ以下であった。一方、図３，４のセルスタック２の空気バネ４をリジッドな支持台に取り替えて、上記鉛直方向の慣性力を測定したところ、当該慣性力は１０Ｇほどもあった。これらの結果から、空気バネによって運搬時にセルスタック２に作用する慣性力を大幅に低減できることが明らかになった。

＜実施形態２＞
実施形態２では、振動吸収部材４として、制振ゴムを用いた例を図５に基づいて説明する。

図５に示す本例のＲＦ電池の運搬構造１では、エンドプレート２１０と、紙面奥側に隠れるもう一つのエンドプレート２２０（図２参照）とにそれぞれ、四つの制振ゴム４が設けられている。制振ゴム４は、紙面左右方向に同程度の間隔を空けて設けることが好ましい。制振ゴム４の数は特に限定されない。また、制振ゴム４は天然ゴムでも良いし合成ゴムでも良い。合成ゴムとしては、クロロプレンゴム（ｐｏｌｙｃｈｌｏｒｏｐｒｅｎｅ）やエチレンプロピレンゴム（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ）などを好適に利用することができる。

制振ゴム４は、長期にわたって振動吸収能を維持することができるため、運搬時の振動吸収部材として好ましい。特に、海上輸送と長距離の陸送を行なう場合、制振ゴム４によって長期にわたり確実に運搬時の振動を吸収することができる。

１ レドックスフロー電池の運搬構造（ＲＦ電池の運搬構造）
２ セルスタック
２１，２２ 取付部 ２１Ａ，２１Ｂ 三角板部 ２１Ｃ 矩形板部
３ コンテナ
３０ コンテナ底面
４ 振動吸収部材（空気バネまたは制振ゴム）
４０ 上片部 ４１ 下片部 ４２ 弾性部
α レドックスフロー電池（ＲＦ電池）
１００ 電池セル １０１ 隔膜 １０２ 正極セル １０３ 負極セル
１００Ｐ 正極用循環機構 １００Ｎ 負極用循環機構
１０４ 正極電極 １０５ 負極電極 １０６ 正極電解液用タンク
１０７ 負極電解液用タンク １０８，１０９，１１０，１１１ 導管
１１２，１１３ ポンプ
１２０ セルフレーム １２１ 双極板 １２２ 枠体
１２３，１２４ 給液用マニホールド
１２５，１２６ 排液用マニホールド
１２７ シール部材
１９０ 給排板 ２１０，２２０ エンドプレート
２００ セルスタック ２００ｓ サブスタック
２３０ 締付機構

Claims (6)

1. レドックスフロー電池の電池セルを複数積層してなるセルスタックと、
   前記セルスタックを内部に収納するコンテナと、
   前記コンテナ内で前記セルスタックを鉛直下方から支える振動吸収部材と、
   を備えるレドックスフロー電池の運搬構造。
2. 前記振動吸収部材は、制振ゴムである請求項１に記載のレドックスフロー電池の運搬構造。
3. 前記振動吸収部材は、空気バネである請求項１に記載のレドックスフロー電池の運搬構造。
4. 前記セルスタックは、前記電池セルを複数積層した積層構造物をその両側から挟み込んで締め付ける一対のエンドプレートを備え、
   前記エンドプレートは、その鉛直下方側の部分に前記振動吸収部材が取り付けられる取付部を備える請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池の運搬構造。
5. レドックスフロー電池の電池セルを複数積層してなるセルスタックを振動吸収部材によって鉛直下方から支持した状態でコンテナ内に収納して、そのコンテナを運搬するレドックスフロー電池の運搬方法。
6. レドックスフロー電池の電池セルを複数積層してなるセルスタックと、
   前記セルスタックを鉛直下方から支える振動吸収部材と、
   を備えるレドックスフロー電池。

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