JPWO2017203899A1 - レドックスフロー電池用配管、及びレドックスフロー電池用配管の製造方法、並びに配管ユニット、レドックスフロー電池 - Google Patents

Abstract

電解液を貯留するタンクと電池要素との間に設けられ、前記電解液が流通するレドックスフロー電池用配管であって、並列に配置された複数の並行部と、隣り合う前記並行部同士を繋ぐ複数の曲がり部とを有し、前記並行部と前記曲がり部とが交互に連続して一体に成形された蛇行部を含み、外径をＤ、隣り合う前記並行部同士の中心間距離をＸとするとき、中心間距離Ｘと外径Ｄとの比が１．２以上２．５以下を満たすレドックスフロー電池用配管。

Description

本発明は、レドックスフロー電池用配管、及びレドックスフロー電池用配管の製造方法、並びに配管ユニット、レドックスフロー電池に関する。
本出願は、２０１６年５月２５日付の日本国出願の特願２０１６−１０４７１６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。

近年、地球温暖化対策として、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）を利用した発電の導入が世界的に推進されている。これらの発電出力は、天候などの自然条件に左右されるため、大量に導入が進むと、周波数や電圧の維持が困難になるといった電力系統の運用に際しての問題が予測される。この問題の対策の一つとして、大容量の二次電池を設置して、出力変動の平滑化、余剰電力の蓄電、電力不足時の電力供給などを図ることが期待される。

大容量の二次電池の一つに、レドックスフロー電池（ＲＦ電池）がある（特許文献１を参照）。ＲＦ電池は、正極電極と負極電極との間に隔膜を介在させたセルを備える電池要素に正極電解液及び負極電解液をそれぞれ供給して充放電を行う。電解液には、酸化還元により価数が変化するバナジウム（Ｖ）イオンなどの金属イオンを含有する水溶液が利用される。図１１に、正極電解液及び負極電解液にＶイオンを含有するバナジウム電解液を使用したバナジウム系ＲＦ電池３００の動作原理図を示す。図１１中、セル１１０内の実線矢印は充電反応を、破線矢印は放電反応をそれぞれ示す。

ＲＦ電池３００は、電池要素１００を備える。電池要素１００は、正極電極１０２ａを内蔵する正極セル１１２ａと、負極電極１０２ｂを内蔵する負極セル１１１２ｂとの間に隔膜１０１を介在させたセル１１０を備える。また、ＲＦ電池３００は、正極電解液及び負極電解液をそれぞれ貯留するタンク１２０（正極タンク１２０ａ、負極タンク１２０ｂ）と、タンク１２０と電池要素１００（セル１１０）との間で各電解液を循環させる電解液流路１３０（正極流路１３０ａ、負極流路１３０ｂ）とを備える。電解液流路１３０は、タンク１２０と電池要素１００との間に設けられ、電解液が流通する配管１３１、１３２を備え、配管１３１、１３２を介して、タンク１２０と電池要素１００とが繋がっている。配管１３１は、タンク１２０から電解液をセル１１０（正極セル１１２ａ、負極セル１１２ｂ）に送る往路配管であり、配管１３２は、セル１１０から電解液をタンク１２０に戻す復路配管である。電解液流路１３０（この例では、配管１３１）には、各電解液を圧送するポンプ１４０（正極ポンプ１４０ａ、負極ポンプ１４０ｂ）が設けられている。

電池要素１００は、通常、正極電極１０２ａ（正極セル１１２ａ）と、負極電極１０２ｂ（負極セル１１２ｂ）と、両電極間に介在する隔膜１０１とで構成されるセル１１０を複数積層したセルスタックと呼ばれる形態で利用される。図１２は、セルスタックの概略構成図である。セルスタック２００には、双極板２１１と、双極板２１１の外周に一体化された枠体２１２とを備えるセルフレーム２１０が用いられている。セルスタック２００は、正極電極１０２ａ、隔膜１０１、及び負極電極１０２ｂを重ね合わせたセル１１０を、セルフレーム２１０を挟んで複数積層し、その積層体を両側から２枚のエンドプレート２２０で挟み込んで締め付けることで構成されている。つまり、セルフレーム２１０（双極板２１１）を挟んで、隣り合うセル１１０の負極電極（負極セル）と正極電極（正極セル）とが配置されることになる。セルスタック２００には、各電解液を供給する供給口、及び各電解液を排出する排出口が設けられた給排板（図示せず）が配置され、供給口及び排出口には、各電解液の電解液流路１３０（図１１参照）を構成する配管１３１、１３２がそれぞれ接続される。

特開２０１３−２０６５６６号公報

本開示に係るレドックスフロー電池用配管は、
電解液を貯留するタンクと電池要素との間に設けられ、前記電解液が流通するレドックスフロー電池用配管であって、
並列に配置された複数の並行部と、隣り合う前記並行部同士を繋ぐ複数の曲がり部とを有し、
前記並行部と前記曲がり部とが交互に連続して一体に成形された蛇行部を含み、
外径をＤ、隣り合う前記並行部同士の中心間距離をＸとするとき、中心間距離Ｘと外径Ｄとの比が１．２以上２．５以下を満たす。

本開示に係るレドックスフロー電池用配管の製造方法は、
複数の並行部と曲がり部とが交互に連続する蛇行状のキャビティが形成された金型の内部に樹脂を投入する原料投入工程と、
前記キャビティ内の前記樹脂を回転成形し、複数の並行部と曲がり部とが交互に連続して一体に成形された蛇行状の配管を成形する回転成形工程と、
前記金型から前記配管の成形品を取り出す取り出し工程と、を備える。

本開示に係る配管ユニットは、
電解液を貯留するタンクと電池要素との間に設けられ、前記電解液が流通する配管ユニットであって、
前記タンク側に繋がる幹配管と、前記幹配管から分岐して前記電池要素側に繋がる複数の分岐配管とを備え、
前記分岐配管の少なくとも一部が、上記本開示のレドックスフロー電池用配管であり、
前記幹配管と前記分岐配管とが一体に成形されている。

本開示に係るレドックスフロー電池は、
複数の電池要素と、電解液を貯留するタンクと、前記タンクと前記電池要素との間で前記電解液を循環させる配管とを備えるレドックスフロー電池であって、
前記配管は、前記タンク側に繋がる幹配管と、前記幹配管から分岐して前記電池要素側に繋がる複数の分岐配管とを備え、
前記分岐配管の少なくとも一部が、上記本開示のレドックスフロー電池用配管である。

実施の形態に係るレドックスフロー電池用配管を備える配管ユニットを概略的に示す斜視図である。 実施の形態に係るレドックスフロー電池用配管を備える配管ユニットを概略的に示す分解斜視図である。 実施の形態に係るレドックスフロー電池用配管を備える配管ユニットを概略的に示す下面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線で切断したレドックスフロー電池用配管の概略断面図である。 図３に示す配管ユニットの概略側面図である。 実施の形態に係るレドックスフロー電池用配管の製造方法における原料投入工程を概略的に示す平面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した金型の概略断面図である。 別の実施の形態に係る配管ユニットを概略的に示す斜視図である。 別の実施の形態に係る配管ユニットを概略的に示す下面図である。 図９に示す配管ユニットの概略側面図である。 レドックスフロー電池を説明するための概要図である。 セルスタックを説明するための概要図である。

［本開示が解決しようとする課題］
一般に、大容量のＲＦ電池では、複数の電池要素（セルスタック）を備えており、タンクと電池要素との間で電解液を流通させる配管を分岐させ、１つのタンクと複数の電池要素との間で電解液をやり取りする構成としている。この場合、ＲＦ電池の電解液流路を構成する配管には、タンク側に繋がる幹配管と、幹配管から分岐して個々の電池要素側に繋がる複数の分岐配管とを備える配管（「配管ユニット」と呼ばれることがある）が利用される。ＲＦ電池に用いられる配管は、電解液に直接接触することから、電解液と反応しない樹脂、代表的には、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）で形成されている。

ＲＦ電池の電解液流路に上述した幹配管と分岐配管とを備える配管を用いる場合、幹配管から分岐配管を介して各電池要素に共通の電解液が流通することから、隣り合う電池要素同士が電解液を通じて電気的に繋がることになる。ＲＦ電池において、個々の電池要素には製造上のばらつきがあるため、隣り合う電池要素間に電位差が発生することがある。この電位差に起因して配管（幹配管及び分岐配管）に流通する電解液にシャント電流が流れることにより、電解液が発熱するなど損失が発生する。その対策として、配管に流通する電解液の電気抵抗を高くするため、電池要素側に繋がる分岐配管の流路面積（径）を小さく、かつ、分岐配管の全長を長くすることが有効である。

また、従来、ＲＦ電池における配管の設置スペースを縮小するため、配管全体をコンパクト化する観点から、分岐配管には、複数の直線部と曲がり部とが交互に連続する蛇行状（Ｓ字状）の配管（「シャントキラー配管」と呼ばれることがある）が利用されている。「蛇行状」とは、並列に配置された３つの並行部（ここでは直線部）と隣り合う並行部同士を繋ぐ２つの曲がり部とで形成された少なくとも１つの蛇行部を含む形状である。この蛇行状の配管は、直線部に沿う方向の両端側において、３つの直線部のうち、隣り合う２つの直線部を繋ぐ曲がり部と、残る１つの直線部の端部とがそれぞれ直線部の並列方向に隣り合って位置する。

従来の分岐配管において、曲がり部は、配管同士を継手で接続して形成したり、配管を曲げ加工して形成したりしている。継手を用いる場合、配管との接続箇所において、継手の組み付け不良や接着不良などによる液漏れのリスクが高くなるという問題がある。また、継手を用いる場合は、接続作業に時間がかかるというデメリットもある。一方で、曲げ加工の場合は、曲がり部に継手を用いないため、液漏れのリスクを低減できる可能性があるが、曲げ加工は通常、手作業で行われるため、曲がり部を精度よく安定して形成することが難しく、コスト高となる。

最近では、レドックスフロー電池の小型化の要求が高まっており、配管の更なるコンパクト化が強く求められている。配管をコンパクト化するためには、分岐配管において、直線部同士をより接近させる必要があり、隣り合う直線部同士の中心間距離を小さくすることが望まれる。しかしながら、曲げ加工によって、隣り合う直線部同士の中心間距離を小さくする（即ち、曲がり部の曲率半径を小さくする）ことには工業的に限界がある。そのため、配管の外径に対して隣り合う直線部同士の中心間距離が小さい蛇行状の分岐配管を製造することは、現実問題として難しい。

また、隣り合う直線部同士の中心間距離を小さくする場合、隣り合う２つの直線部を繋ぐ曲がり部と、残る１つの直線部の端部とが隣り合って接近することになる。そのため、配管を曲げ加工して曲がり部を形成する際に、加工治具の配置の問題や曲げ加工しない直線部の端部も加熱されてしまうなど、技術的な問題がある。そこで、従来、隣り合う直線部同士の中心間距離が小さい蛇行状の分岐配管を製造する場合は、Ｊ字状に曲げ加工した配管を２本作製し、Ｊ字状の配管同士を継手で接続して、蛇行状（Ｓ字状）に形成することが行われている。したがって、従来の分岐配管では、液漏れのリスクの低減と配管のコンパクト化とを両立することが困難であった。

そこで、本開示は、液漏れのリスクが低く、且つ、コンパクト化できるレドックスフロー電池用配管、並びに配管ユニットを提供することを目的の一つとする。また、複数の並行部と曲がり部とが交互に連続して一体に成形された蛇行状の配管を精度よく工業的に安定して製造できるレドックスフロー電池用配管の製造方法を提供することを別の目的の一つとする。更に、配管の液漏れのリスクが低く、且つ、配管の設置スペースを縮小できるレドックスフロー電池を提供することを別の目的の一つとする。

［本開示の効果］
上記レドックスフロー電池用配管、並びに配管ユニットは、液漏れのリスクが低く、且つ、コンパクト化できる。上記レドックスフロー電池用配管の製造方法は、複数の並行部と曲がり部とが交互に連続して一体に成形された蛇行状の配管を精度よく工業的に安定して製造できる。上記レドックスフロー電池は、配管の液漏れのリスクが低く、且つ、配管の設置スペースを縮小できる。

［本願発明の実施形態の説明］
本発明者らは、レドックスフロー電池用配管（分岐配管）を回転成形により製造することで、複数の並行部と曲がり部とが交互に連続した蛇行状の配管を一体成形できることを見出した。また、回転成形では、金型を用いて成形するため、曲がり部の曲率半径の制約が少なく、配管の外径に対する隣り合う並行部同士の中心間距離を小さくすることが可能である。以下、本願発明の実施態様を列記して説明する。

（１）本願発明の一態様に係るレドックスフロー電池用配管は、
電解液を貯留するタンクと電池要素との間に設けられ、前記電解液が流通するレドックスフロー電池用配管であって、
並列に配置された複数の並行部と、隣り合う前記並行部同士を繋ぐ複数の曲がり部とを有し、
前記並行部と前記曲がり部とが交互に連続して一体に成形された蛇行部を含み、
外径をＤ、隣り合う前記並行部同士の中心間距離をＸとするとき、中心間距離Ｘと外径Ｄとの比が１．２以上２．５以下を満たす。

上記レドックスフロー電池用配管によれば、複数の並行部と曲がり部とが交互に連続して一体に成形された蛇行部を含むことで、配管の全長を長くとることができ、シャント電流による損失（シャントカレントロス）を低減できる。また、複数の並行部と曲がり部とが交互に連続して一体に成形されていることで、継ぎ目がなく、継手や接着による接続箇所がないため、液漏れのリスクが低く、信頼性が高い。

隣り合う並行部同士の中心間距離Ｘ（ｍｍ）と配管の外径Ｄ（ｍｍ）との比（Ｘ／Ｄ）が２．５以下であることで、並行部同士が近く、配管をコンパクト化できる。具体的には、配管の幅方向（並行部が並ぶ方向）の寸法を小さくできる。したがって、上記レドックスフロー電池用配管は、液漏れのリスクが低く、且つ、コンパクト化できる。また、Ｘ／Ｄが１．２以上であることで、並行部同士が間隔をあけて配置され、並行部間に隙間が形成されるので、配管の放熱性を確保し易い。そのため、電解液の温度上昇を抑制できる。

（２）上記レドックスフロー電池用配管の一形態として、前記並行部が直線部であることが挙げられる。

並行部は、例えば、直線状に形成された直線部である他、湾曲した曲線状に形成された曲線部（湾曲部）や波線状に形成された波線部などであってもよい。並行部が直線状の直線部である場合、配管をよりコンパクト化できる。並行部が曲線部（湾曲部）や波線部などである場合、直線部に比較して配管の全長をより長くでき、シャントカレントロスをより低減できる。

（３）上記レドックスフロー電池用配管の一形態として、内周面の表面粗さが６．３μｍ以下であることが挙げられる。

レドックスフロー電池用配管の内周面の表面粗さが６．３μｍ以下であることで、電解液の流通抵抗を低減できる。ここでいう「表面粗さ」とは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に規定される算術平均粗さ（Ｒａ）のことを意味する。

（４）上記レドックスフロー電池用配管の一形態として、外径が３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが挙げられる。

レドックスフロー電池用配管の外径が３０ｍｍ以上であることで、電解液の流路面積を確保し易い。外径が５０ｍｍ以下であることで、配管をコンパクト化し易い。

（５）上記レドックスフロー電池用配管の一形態として、厚さが１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが挙げられる。

レドックスフロー電池用配管の厚さが１ｍｍ以上であることで、酸素の透過を低減して、酸素の侵入を抑制し易い。そのため、電解液が酸素と反応して劣化することを抑制し易く、電池容量の低下を抑制し易い。厚さが５ｍｍ以下であることで、外径の大径化を抑えつつ、流路面積を確保し易い。

（６）上記レドックスフロー電池用配管の一形態として、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂及びポリ塩化ビニル樹脂から選択される少なくとも一種の樹脂で形成されていることが挙げられる。

ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）は、電解液と直接接触しても反応せず、電解液に対する耐性を有する。また、レドックスフロー電池用配管がポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂などの熱可塑性樹脂で形成されていることで、配管の端部に例えばフランジなどの部品を取り付ける場合に、部品を熱融着により接続することができる。配管と部品とが熱融着されていることで、接続箇所から液漏れが発生し難く、信頼性が高い。この場合、部品もポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂などの同一樹脂で形成されているとよい。

（７）上記レドックスフロー電池用配管の一形態として、前記電池要素側に繋がる端部に、前記電池要素に接続するためのフランジが一体に成形されていることが挙げられる。

レドックスフロー電池用配管の電池要素側に繋がる端部にフランジを有することで、レドックスフロー電池用配管を電池要素に容易に接続することができる。フランジは例えば接着や熱融着などにより配管の端部に取り付けることも可能であるが、フランジが配管の端部と一体成形されている場合、フランジと配管の端部との間に継ぎ目がないため、液漏れのリスクをより低減でき、信頼性が向上する。また、フランジが一体成形されていることで、フランジを配管の端部に接続する作業が必要ないため、生産性が向上する。

（８）本願発明の一態様に係るレドックスフロー電池用配管の製造方法は、
複数の並行部と曲がり部とが交互に連続する蛇行状のキャビティが形成された金型の内部に樹脂を投入する原料投入工程と、
前記キャビティ内の前記樹脂を回転成形し、複数の並行部と曲がり部とが交互に連続して一体に成形された蛇行状の配管を成形する回転成形工程と、
前記金型から前記配管の成形品を取り出す取り出し工程と、を備える。

上記製造方法によれば、蛇行状のキャビティが形成された金型を用いて樹脂を回転成形することで、複数の並行部と曲がり部とが交互に連続して一体に成形された蛇行状の配管を成形することができる。この蛇行状の配管は、一体成形品であり、継ぎ目がなく、継手や接着による接続箇所がないため、液漏れのリスクが低い。よって、レドックスフロー電池用配管（分岐配管）に好適に利用できる。上記製造方法は、回転成形により蛇行状の配管を一体成形するため、従来のように、継手を組み付けたり接着したりする作業や、手作業で曲げ加工する必要がないため、精度よく工業的に安定して製造でき、低コスト化が可能である。

また、回転成形であれば、曲げ加工に比較して、隣り合う並行部同士の中心間距離を小さくする（即ち、曲がり部の曲率半径を小さくする）ことが可能であり、配管の外径に対して隣り合う並行部同士の中心間距離が比較的小さい蛇行状の配管を容易に製造できる。例えば、隣り合う並行部同士の中心間距離Ｘ（ｍｍ）と外径Ｄ（ｍｍ）との比（Ｘ／Ｄ）が１．２以上２．５以下を満たす蛇行状の配管を製造することも容易である。

（９）本願発明の一態様に係る配管ユニットは、
電解液を貯留するタンクと電池要素との間に設けられ、前記電解液が流通する配管ユニットであって、
前記タンク側に繋がる幹配管と、前記幹配管から分岐して前記電池要素側に繋がる複数の分岐配管とを備え、
前記分岐配管の少なくとも一部が、上記（１）から（７）のいずれか１つに記載のレドックスフロー電池用配管であり、
前記幹配管と前記分岐配管とが一体に成形されている。

上記配管ユニットは、電解液を循環させる配管を構成する分岐配管の少なくとも一部が、上述した本願発明の一態様に係るレドックスフロー電池用配管であることから、配管の液漏れのリスクが低く、信頼性が高い。更に、幹配管と分岐配管とが一体成形されていることで、幹配管と分岐配管との間に継ぎ目がなく、液漏れのリスクをより低減でき、信頼性が向上する。加えて、幹配管と分岐配管とが一体成形されていることで、幹配管と分岐配管とを接続する作業が必要ないため、生産性が向上する。また、上述したレドックスフロー電池用配管は幅方向の寸法が小さく、コンパクトであるため、このレドックスフロー電池用配管を分岐配管として備えることで、配管ユニットをコンパクト化できる。したがって、上記配管ユニットは、液漏れのリスクが低く、且つ、コンパクト化できる。

幹配管と分岐配管とが一体成形された上記配管ユニットは、回転成形により製造することができる。上記配管ユニットは、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂及びポリ塩化ビニル樹脂から選択される少なくとも一種の樹脂で形成することが挙げられる。

（１０）本願発明の一態様に係るレドックスフロー電池は、
複数の電池要素と、電解液を貯留するタンクと、前記タンクと前記電池要素との間で前記電解液を循環させる配管とを備えるレドックスフロー電池であって、
前記配管は、前記タンク側に繋がる幹配管と、前記幹配管から分岐して前記電池要素側に繋がる複数の分岐配管とを備え、
前記分岐配管の少なくとも一部が、上記（１）から（７）のいずれか１つに記載のレドックスフロー電池用配管である。

上記レドックスフロー電池は、電解液を循環させる配管を構成する分岐配管の少なくとも一部が、上述した本願発明の一態様に係るレドックスフロー電池用配管であることから、配管の液漏れのリスクが低く、信頼性が高い。また、上述したレドックスフロー電池用配管は幅方向の寸法が小さく、コンパクトであるため、このレドックスフロー電池用配管を分岐配管として備えることで、配管全体（配管ユニット）をコンパクト化できる。よって、上記レドックスフロー電池によれば、配管の設置スペースを縮小でき、電池を小型化できる。

（１１）上記レドックスフロー電池の一形態として、前記幹配管と前記分岐配管とが熱融着されていることが挙げられる。

幹配管と分岐配管とが熱融着されていることで、幹配管と分岐配管との接続箇所から液漏れが発生し難く、信頼性が高い。この場合、幹配管と分岐配管とが例えばポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂などの樹脂で形成されていることが挙げられる。

（１２）上記レドックスフロー電池の一形態として、前記幹配管と前記分岐配管とが一体に成形されていることが挙げられる。

幹配管と分岐配管とが一体成形されていることで、幹配管と分岐配管との間に継ぎ目がなく、液漏れのリスクをより低減でき、信頼性が向上する。この場合、幹配管と分岐配管とが例えばポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂などの樹脂で回転成形により一体成形されていることが挙げられる。

［本願発明の実施形態の詳細］
本願発明の実施形態に係るレドックスフロー電池用配管、及びレドックスフロー電池用配管の製造方法、並びに配管ユニット、レドックスフロー電池の具体例を説明する。図中の同一符号は、同一名称物を示す。なお、本願発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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でのすべての変更が含まれることが意図される。

＜ＲＦ電池＞
まず、実施形態のＲＦ電池用配管が用いられる実施形態のＲＦ電池について説明する。実施形態のＲＦ電池の基本的な構成は、図１１を参照して説明したＲＦ電池３００と同様であり、電池要素１００と、電解液を貯留するタンク１２０と、タンク１２０と電池要素１００との間で電解液を循環させる電解液流路１３０（配管１３１，１３２）とを備える。実施形態のＲＦ電池では、セル１１０を複数積層してなるセルスタックを電池要素１００として複数備える。タンク１２０と電池要素１００との間に設けられる各配管１３１，１３２は、一端側が個々の電池要素１００に対して分岐しており、例えば図１に示すような幹配管２０と幹配管２０から分岐する複数の分岐配管１０とを備える配管ユニット１で構成されている。幹配管２０はタンク１２０側に繋がり、各分岐配管１０は電池要素１００側に繋がる。実施形態のＲＦ電池は、分岐配管１０が後述する実施形態のＲＦ電池用配管であることを特徴の１つとする。

＜配管ユニット＞
図１に示す実施形態の配管ユニット１は、幹配管２０から４つの分岐配管１０ａ〜１０ｄがそれぞれ分岐しており、幹配管２０の長手方向に直交する方向に各分岐配管１０ａ〜１０ｄが並列に並んでいる。配管ユニット１は、図２に示すように、幹配管２０に各分岐配管１０ａ〜１０ｄの一方の端部が接続されることで構成されている。

＜ＲＦ電池用配管（分岐配管）＞
図１〜図５を参照して、実施形態のＲＦ電池用配管について説明する。ここでは、実施形態のＲＦ電池用配管を上述した分岐配管に適用した場合を例に挙げ、実施形態のＲＦ電池用配管を分岐配管として説明する。以下の説明では、分岐配管１０が並ぶ方向（並行部１１の並列方向）を幅方向（左右方向）とし、分岐配管１０（並行部１１）が並ぶ平面に対して幹配管２０が位置する側を上、その反対側を下とする。

分岐配管１０は、断面が円形であり（図４参照）、図３に示すように、並列に配置された複数の並行部１１と、隣り合う並行部１１同士を繋ぐ複数の曲がり部１５とを有し、蛇行状（Ｓ字状）に成形されている。各並行部１１は互いに平行に配置されており、各曲がり部１５は半円弧状（中心角１８０°）に形成されている。なお、「平行」とは、幾何学的に厳密な意味での平行でなくてもよく、完全な平行に限らず、実質的に平行とみなされる範囲を含む。また、「円形」及び「半円弧状」とは、幾何学的に厳密な意味での円形及び半円弧状でなくてもよく、完全な円形及び半円弧状に限らず、実質的に円形及び半円弧状とみなされる範囲を含む。本実施形態では、各並行部１１が直線状に形成された直線部である形態を例示するが、並行部１１は、直線部に限定されるものではなく、例えば、湾曲した曲線部や波線状に形成された波線部などであってもよい。

分岐配管１０は、複数の並行部１１と曲がり部１５とが交互に連続して一体に成形された蛇行部を含む。この例では、３つの直線状の並行部１１ａ〜１１ｃと２つの曲がり部１５ａ，１５ｂとを有し、並行部１１ａ〜１１ｃと曲がり部１５ａ，１５ｂとが交互に連続して、Ｓ字状の蛇行部が形成されている。分岐配管１０は回転成形により製造されている。

（中心間距離Ｘと外径Ｄとの比）
また、分岐配管１０は、その外径をＤ（ｍｍ）、隣り合う並行部１１同士の中心間距離をＸ（ｍｍ）とするとき（図３、図４参照）、中心間距離Ｘと外径Ｄとの比（Ｘ／Ｄ）が１．２以上２．５以下を満たす。中心間距離は、隣り合う並行部１１の中心線間の並列方向における最大距離（最大中心間距離）のことを指す。Ｘ／Ｄが２．５以下であることで、並行部１１同士が近く、分岐配管１０の幅方向の寸法を小さくできる。分岐配管１０をコンパクト化できることから、複数の分岐配管１０を備える配管ユニット１（図１参照）全体をコンパクト化できる。また、Ｘ／Ｄが１．２以上であることで、並行部１１同士が間隔をあけて配置され、並行部１１間に隙間が形成されるので、分岐配管１０の放熱性を確保し易い。そのため、流通する電解液の温度上昇を抑制できる。Ｘ／Ｄは、例えば１．５以上２．０以下が好ましい。

更に、分岐配管１０は、次の要件のいずれか１つを満たすことが好ましい。
・内周面の表面粗さが６．３μｍ以下
・外径が３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下
・厚さが１ｍｍ以上５ｍｍ以下

（内周面の表面粗さ）
分岐配管１０の内周面の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）が６．３μｍ以下であることで、電解液の流通抵抗を低減できる。

（外径）
分岐配管１０の外径が３０ｍｍ以上であることで、電解液の流路面積を確保し易い。外径が５０ｍｍ以下であることで、コンパクト化し易い。また、外径が５０ｍｍ以下であれば、流路面積の増加に伴うシャントカレントロスを抑制し易い。より好ましい外径は、例えば４０ｍｍ以下である。

（厚さ）
分岐配管１０の厚さが１ｍｍ以上であることで、酸素の透過を低減して、酸素の侵入を抑制し易い。そのため、電解液が酸素と反応して劣化することを抑制し易く、電池容量の低下を抑制し易い。厚さが５ｍｍ以下であることで、外径の大径化を抑えつつ、流路面積を確保し易い。より好ましい厚さは３ｍｍ以下である。

（その他）
分岐配管１０を構成する各並行部１１の長さは、例えば９００ｍｍ以上１５００ｍｍ以下である。並行部１１の長さが９００ｍｍ以上であることで、分岐配管１０の全長が長く、シャントカレントロスを効果的に抑制し易い。並行部１１の長さが１５００ｍｍ以下であることで、分岐配管１０の並行部１１に沿う方向の寸法を抑えることができる。

（材質）
分岐配管１０は、電解液が流通することから、電解液と反応しない樹脂で形成されている。樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂などが挙げられ、中でも、耐電解液性や成形性、機械的強度などの観点から、ポリエチレン樹脂又はポリプロピレン樹脂が好ましい。この例では、分岐配管１０がポリエチレン樹脂（ＰＥ）で形成されている。

（フランジ）
この例では、配管ユニット１を構成したとき、分岐配管１０の他方の端部（幹配管２０が接続される側とは反対側の端部）が下方に屈曲している（図１、図５参照）。各分岐配管１０ａ〜１０ｄの他方の端部には、図１に示すように、電池要素の供給口及び排出口（図示せず）に接続するためのフランジ３１が設けられている。フランジ３１は、図５に示すように、分岐配管１０の他方の端部が挿入される円筒部３１ａを有する。この例に示すフランジ３１は、円筒部３１ａに分岐配管１０の他方の端部が挿入された状態で、分岐配管１０の端部に熱融着されている。フランジ３１は、分岐配管１０と同じ樹脂（例えばポリエチレン樹脂又はポリプロピレン樹脂など）で形成することができ、この例では、フランジ３１が分岐配管１０と同じポリエチレン樹脂で形成されている。ここでは、フランジ３１が分岐配管１０と別体として形成され、熱融着により分岐配管１０の端部に取り付けられているが、これに限定されるものではなく、例えば回転成形により分岐配管１０の端部にフランジ３１が一体に成形されていてもよい。フランジ３１が一体に成形されている場合、フランジ３１と分岐配管１０の端部との間に継ぎ目がないため、液漏れのリスクをより低減でき、信頼性が向上する。

（幹配管）
幹配管２０は、断面が円形の直線状の配管である（図３、図５参照）。幹配管２０は、分岐配管１０と同様に樹脂製であり、上述した樹脂（例えばポリエチレン樹脂又はポリプロピレン樹脂など）で形成されている。幹配管２０の周面には、図２に示すように、各分岐配管１０ａ〜１０ｄの一方の端部が接続される複数の分岐接続部２１が一体に成形されている。各分岐接続部２１は、幹配管２０の周面から突出し、幹配管２０の長手方向に並んで設けられている。この例では、分岐配管１０の一方の端部が上方に屈曲している（図２、図５参照）。そして、分岐配管１０ａ〜１０ｄの一方の端部と、幹配管２０の各分岐接続部２１の端部とをそれぞれ突き合わせた状態で熱融着することにより、分岐配管１０と幹配管２０とが接続され、図１に示す配管ユニット１が構成される。この例では、幹配管２０が分岐配管１０と同じポリエチレン樹脂で形成されており、幹配管２０は回転成形により製造されている。幹配管２０の内周面の表面粗さ及び厚さは、分岐配管１０と同等であることが好ましい。具体的には、幹配管２０の内周面の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）が６．３μｍ以下、厚さが１ｍｍ以上５ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下であることが挙げられる。

（フランジ）
幹配管２０の両端部には、図１、図３に示すように、別の幹配管と接続するためのフランジ３２がそれぞれ設けられている。フランジ３２は、図３に示すように、幹配管２０の端部が挿入される円筒部３２ａを有する。この例に示すフランジ３２は、円筒部３２ａに幹配管２０の端部が挿入された状態で、幹配管２０の端部に熱融着されている。フランジ３２は、幹配管２０と同じ樹脂（例えばポリエチレン樹脂又はポリプロピレン樹脂など）で形成することができ、この例では、フランジ３２が幹配管２０と同じポリエチレン樹脂で形成されている。ここでは、フランジ３２が幹配管２０と別体として形成され、熱融着により幹配管２０の両端端にそれぞれ取り付けられているが、これに限定されるものではなく、例えば回転成形により幹配管２０の端部にフランジ３２が一体に成形されていてもよい。フランジ３２が一体に成形されている場合、フランジ３２と幹配管２０の端部との間に継ぎ目がないため、液漏れのリスクをより低減でき、信頼性が向上する。

{効果}
上述した実施形態のレドックスフロー電池用配管（分岐配管１０）は次の効果を奏する。
（１）図３に示すように、複数の並行部１１と曲がり部１５とが交互に連続して一体に成形された蛇行部を含むことで、配管の全長を長くとることができ、シャントカレントロスを低減できる。
（２）複数の並行部１１と曲がり部１５とが交互に連続して一体に成形されているため、継ぎ目がなく、液漏れのリスクが低い。
（３）隣り合う並行部１１同士の中心間距離Ｘと外径Ｄとの比（Ｘ／Ｄ）が２．５以下であることで、配管の幅方向の寸法を小さくでき、コンパクト化できる。Ｘ／Ｄが１．２以上であることで、並行部１１同士が間隔をあけて配置され、配管の放熱性を確保でき、電解液の温度上昇を抑制できる。

｛用途｝
上述した実施形態のレドックスフロー電池用配管は、レドックスフロー電池のシャントキラー配管に好適に利用できる。

上述した実施形態の配管ユニット１は、次の効果を奏する。
（１）分岐配管１０が上述した実施形態のレドックスフロー電池用配管であることから、液漏れのリスクが低く、且つ、コンパクト化できる。
（２）幹配管２０と分岐配管１０とが熱融着されていることで、幹配管２０と分岐配管１０との接続箇所から液漏れが発生し難く、信頼性が高い。

上述した実施形態のレドックスフロー電池は次の効果を奏する。
（１）電解液を循環させる配管（配管ユニット１）を構成する分岐配管１０が上述した実施形態のレドックスフロー電池用配管であることから、配管の液漏れのリスクが低く、信頼性が高い。また、分岐配管１０の幅方向の寸法が小さく、コンパクトであるため、配管ユニット１全体をコンパクト化できる。よって、配管の設置スペースを圧縮でき、ＲＦ電池を小型化できる。
（２）配管ユニット１を構成する幹配管２０と分岐配管１０とが熱融着されていることで、幹配管２０と分岐配管１０との接続箇所から液漏れが生じ難い。

＜ＲＦ電池用配管（分岐配管）の製造方法＞
図６、図７を参照して、実施形態のＲＦ電池用配管（分岐配管）の製造方法について説明する。分岐配管１０（図３参照）は、原料投入工程と、回転成形工程と、取り出し工程とを備える実施形態のＲＦ電池用配管の製造方法により製造することができる。以下、ＲＦ電池用配管の製造方法の各工程を詳しく説明する。

（原料投入工程）
原料投入工程は、図６に示すように、金型５０の内部に樹脂６０を投入する工程である。金型５０には、複数の並行部５１と曲がり部５５とが交互に連続する蛇行状のキャビティ５０ｃが形成されている。この例では、キャビティ５０ｃは、分岐配管１０（図３参照）の形状に対応するように蛇行状（Ｓ字状）に形成されている。具体的には、キャビティ５０ｃは、断面が円形の孔であり（図７の上図参照）、図６に示すように、平面視において、並列に配置された３つの直線状の並行部５１ａ〜５１ｃと、隣り合う並行部５１同士を繋ぐ２つの曲がり部５５ａ，５５ｂとを有する。そして、キャビティ５０ｃは、並行部５１ａ〜５１ｃと曲がり部５５ａ，５５ｂとが交互に連続して、蛇行状に一連に形成されている。金型５０には、キャビティ５０ｃに連通する樹脂投入口５０ｉが設けられている。原料に用いる樹脂６０は、粉末状の樹脂であり、この例では、ポリエチレン樹脂である。

金型５０は、図７の上図に示すように、上型５０Ａと下型５０Ｂとを備える半割れ構造であり、上下方向に開閉可能である。上型５０Ａと下型５０Ｂの対向面にはそれぞれ、キャビティ５０ｃを構成する断面が半円形の溝が蛇行状に形成されており、金型５０は、上型５０Ａと下型５０Ｂとを上下に閉じることでキャビティ５０ｃが形成されるように構成されている。

ここで、分岐配管１０の端部にフランジ３１（図３参照）を一体成形する場合は、フランジ３１を形成する並行部５１の端部の位置にフランジ３１の形状に対応したフランジ状の凹部（図示せず）を有するキャビティ５０ｃが形成されるように金型５０を構成すればよい。

（回転成形工程）
回転成形工程は、キャビティ５０ｃ内の樹脂６０を回転成形し、複数の並行部と曲がり部とが交互に連続して一体に成形された蛇行状の配管を成形する。回転成形は、金型５０（図６参照）を加熱しながら回転させ、キャビティ５０ｃ内の樹脂６０を溶融してキャビティ５０ｃの壁面へ付着させた後、金型５０を回転させながら冷却し、樹脂６０をキャビティ５０ｃの壁面に被覆することにより成形する。

回転成形の条件は、２軸運動により金型を惑星運動させる２軸回転とすることが好ましく、加熱方式は、熱媒体を直接金型に循環させて加熱する媒体循環式とすることが好ましい。回転成形時の回転速度は、適宜設定すればよく、２軸回転の場合、例えば一次軸と二次軸とを共に１ｒｐｍ以上１００ｒｐｍ以下とすることが挙げられる。回転成形は、公知の回転成形機を利用できる。

（取り出し工程）
取り出し工程は、金型５０から配管の成形品を取り出す工程である。具体的には、図７の下図に示すように、上型５０Ａと下型５０Ｂとを上下に開いて、分岐配管１０を取り出す。

｛効果｝
上述した実施形態のレドックスフロー電池用配管の製造方法は次の効果を奏する。
（１）図６に示すように、蛇行状のキャビティ５０ｃが形成された金型５０を用いて樹脂６０を回転成形することで、複数の並行部と曲がり部とが交互に連続して一体に成形された蛇行状の配管を成形することができる。回転成形により製造した配管は、継ぎ目がないため、液漏れのリスクが低い。製造した配管は、レドックスフロー電池用配管に利用でき、例えば、図１に示す配管ユニット１を構成する分岐配管１０に好適に利用できる。
（２）回転成形により蛇行状の配管を一体成形するため、従来のように、継手を組み付けたり接着したりする作業や、手作業で曲げ加工する必要がないため、精度よく工業的に安定して製造でき、低コスト化が可能である。

その他、回転成形により配管を成形することで、次のメリットが得られる。

回転成形では、金型を用いて成形するため、曲げ加工により曲がり部を形成する場合に比較して、曲がり部の曲率半径を小さくすることが可能である。そのため、配管の外径に対する隣り合う並行部同士の中心間距離が比較的小さい蛇行状の配管を容易に製造できる。例えば、隣り合う並行部同士の中心間距離Ｘと外径Ｄとの比（Ｘ／Ｄ）が１．２以上２．５以下を満たす蛇行状の配管を製造することも容易である。

本発明者らが、配管を曲げ加工して曲がり部を形成することにより蛇行状の配管を試作したところ、曲げ加工では、Ｘ／Ｄが２．５以下を満たすように曲がり部を形成することは難しく、座屈が生じるなど精度よく安定して形成できなかった。

回転成形では、キャビティの壁面に溶融した樹脂を付着させ、徐々に積層しながら成形するので、射出成形などの他の成形方法に比べ、内部応力が残留し難い。また、成形時に圧力をかけることがないため、残留応力が少ない。そのため、耐衝撃性が高く、ストレスクラックが起き難い。

樹脂の成形は射出成形が一般的であり、配管を成形する場合は中子（コア）が使用される。射出成形では、射出成形時に配管の内周面はコアと接触するため、コアとの接触により配管の内周面の表面性状が低下することがある。これに対し、回転成形では、上述したようにキャビティの壁面に徐々に樹脂を積層していくため、回転成形時に配管の内周面は自由表面となるので、平滑な内周面が得られ易く、配管の内周面の表面粗さＲａを６．３μｍ以下にできる。配管の内周面の表面粗さが６．３μｍ以下であることで、配管に流通する電解液の流通抵抗を低減できることが期待される。

更に、配管を曲げ加工して曲がり部を形成した場合、曲がり部において断面形状が扁平になることがあり、曲がり部の断面形状が変形するおそれがある。例えば、断面円形の配管を曲げ加工した場合、曲がり部の断面形状を円形に保つことが難しく、並行部と曲がり部とで真円度が異なることがある。他方、回転成形により配管を成形した場合は、曲がり部の断面形状が変形するようなことがないため、並行部から曲がり部にかけて断面形状を同じにでき、並行部と曲がり部とで真円度が維持されることから、電解液の流通抵抗を低減できることが期待される。

図１〜図５を参照して説明した上述の実施形態の配管ユニット１では、幹配管２０と分岐配管１０とが別体に形成され、両者が熱融着により接続されている形態を例示したが、これに限定されるものではない。別の実施形態としては、幹配管２０と分岐配管１０とが一体に成形されている形態が挙げられる。以下、図８〜図１０を参照して、別の実施形態に係る配管ユニット１Ａの一例を説明する。以下の説明では、上述した実施形態の配管ユニット１と同様の構成については同一符号を付して説明を省略し、相違点を中心に説明する。

配管ユニット１Ａは、図８に示すように、幹配管２０と幹配管２０から分岐する複数の分岐配管１０とを備える。図８に示す配管ユニット１Ａは、幹配管２０から４つの分岐配管１０ａ〜１０ｄがそれぞれ分岐しており、幹配管２０に各分岐配管１０ａ〜１０ｄの一方の端部が接続されている。この例では、図９、図１０に示すように、分岐配管１０の並行部１１に沿う方向に幹配管２０が位置し、平面視において、分岐配管１０（並行部１１）と幹配管２０とが互いに重ならないように同一平面上に配置されている。

配管ユニット１Ａでは、幹配管２０と分岐配管１０とが一体成形されている。配管ユニット１Ａは、例えばポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂などの樹脂を原料に用いて回転成形により幹配管２０と分岐配管１０とを一体に成形することで、製造されている。この場合、幹配管２０と分岐配管１０とを一体に成形するキャビティを有する金型を用いる。また、配管ユニット１Ａにおいて、上述の実施形態で説明したように、分岐配管１０の端部にフランジ３１や幹配管２０の端部にフランジ３２が一体成形されていてもよい。

上述した別の実施形態の配管ユニット１Ａは、幹配管２０と分岐配管１０とが一体成形されていることから、幹配管２０と分岐配管１０との間に継ぎ目がなく、液漏れのリスクをより低減でき、信頼性が向上する。加えて、幹配管と分岐配管とが一体成形されていることで、幹配管と分岐配管とを接続する作業が必要ないため、生産性が向上する。上述した実施形態のレドックスフロー電池に備える電解液を循環させる配管に配管ユニット１Ａを適用することで、配管の液漏れリスクをより低減でき、信頼性をより高めることができる。

１，１Ａ 配管ユニット
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ 分岐配管（ＲＦ電池用配管）
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 並行部
１５，１５ａ，１５ｂ 曲がり部
２０ 幹配管
２１ 分岐接続部
３１ フランジ
３１ａ 円筒部
３２ フランジ
３２ａ 円筒部
５０ 金型
５０Ａ 上型 ５０Ｂ 下型
５０ｃ キャビティ
５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ 並行部
５５，５５ａ，５５ｂ 曲がり部
５０ｉ 樹脂投入口
６０ 樹脂
３００ ＲＦ電池
１００ 電池要素
１１０ セル
１０１ 隔膜
１０２ａ 正極電極 １０２ｂ 負極電極
１１２ａ 正極セル １１２ｂ 負極セル
１２０ タンク
１２０ａ 正極タンク １２０ｂ 負極タンク
１３０ 電解液流路
１３０ａ 正極流路 １３０ｂ 負極流路
１３１，１３２ 配管
１４０ ポンプ
１４０ａ 正極ポンプ １４０ｂ 負極ポンプ
２００ セルスタック
２１０ セルフレーム
２１１ 双極板 ２１２ 枠体
２２０ エンドプレート

Claims (12)

1. 電解液を貯留するタンクと電池要素との間に設けられ、前記電解液が流通するレドックスフロー電池用配管であって、
   並列に配置された複数の並行部と、隣り合う前記並行部同士を繋ぐ複数の曲がり部とを有し、
   前記並行部と前記曲がり部とが交互に連続して一体に成形された蛇行部を含み、
   外径をＤ、隣り合う前記並行部同士の中心間距離をＸとするとき、中心間距離Ｘと外径Ｄとの比が１．２以上２．５以下を満たすレドックスフロー電池用配管。
2. 前記並行部が直線部である請求項１に記載のレドックスフロー電池用配管。
3. 内周面の表面粗さが６．３μｍ以下である請求項１又は請求項２に記載のレドックスフロー電池用配管。
4. 外径が３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である請求項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用配管。
5. 厚さが１ｍｍ以上５ｍｍ以下である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池用配管。
6. ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂及びポリ塩化ビニル樹脂から選択される少なくとも一種で形成されている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池用配管。
7. 前記電池要素側に繋がる端部に、前記電池要素に接続するためのフランジが一体に成形されている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池用配管。
8. 複数の並行部と曲がり部とが交互に連続する蛇行状のキャビティが形成された金型の内部に樹脂を投入する原料投入工程と、
   前記キャビティ内の前記樹脂を回転成形し、複数の並行部と曲がり部とが交互に連続して一体に成形された蛇行状の配管を成形する回転成形工程と、
   前記金型から前記配管の成形品を取り出す取り出し工程と、を備えるレドックスフロー電池用配管の製造方法。
9. 電解液を貯留するタンクと電池要素との間に設けられ、前記電解液が流通する配管ユニットであって、
   前記タンク側に繋がる幹配管と、前記幹配管から分岐して前記電池要素側に繋がる複数の分岐配管とを備え、
   前記分岐配管の少なくとも一部が、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池用配管であり、
   前記幹配管と前記分岐配管とが一体に成形されている配管ユニット。
10. 複数の電池要素と、電解液を貯留するタンクと、前記タンクと前記電池要素との間で前記電解液を循環させる配管とを備えるレドックスフロー電池であって、
    前記配管は、前記タンク側に繋がる幹配管と、前記幹配管から分岐して前記電池要素側に繋がる複数の分岐配管とを備え、
    前記分岐配管の少なくとも一部が、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池用配管であるレドックスフロー電池。
11. 前記幹配管と前記分岐配管とが熱融着されている請求項１０に記載のレドックスフロー電池。
12. 前記幹配管と前記分岐配管とが一体に成形されている請求項１０に記載のレドックスフロー電池。

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