KR101791319B1 - 션트 손실을 감소시킨 레독스 흐름 전지 시스템 - Google Patents

션트 손실을 감소시킨 레독스 흐름 전지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전해액 저장탱크와, 전해액 저장탱크로부터 전해액을 공급받는 스택 모듈을 포함하는 레독스 흐름 전지에 있어서, M개의 단위 셀이 적층되어 단위 스택을 구성하고, 상기 단위 스택 N개가 직렬로 연결되어 스택 모듈을 구성하며, 양극 전해액 저장탱크 및 음극 전해액 저장탱크와 상기 스택 모듈은 전해액공급배관과 전해액회수배관으로 연결되고, 상기 전해액공급배관과 상기 전해액회수배관은 각각의 전해액 저장탱크에 연결되는 주배관과, 상기 주배관에서 N개로 분기되어 각 단위스택으로 연결되는 분기배관을 포함하고, 각 단위스택으로 연결되는 분기배관의 길이는 M*(0.25~0.75)m 인 레독스 흐름 전지를 제공한다.

Description

션트 손실을 감소시킨 레독스 흐름 전지 시스템{REDOX FLOW BATTERY SYSTEM HAVING REDUCED SHUNT LOSS}
본 발명은 레독스 흐름 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단위 스택 사이에서 발생하는 션트 전류에 의한 자가 방전을 감소시킨 레독스 흐름 전지 시스템에 관한 것이다.
레독스 흐름 전지(Redo Flow Battery)는 전지 셀(cell)을 통해서 전해액의 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이다.
도 1은 레독스 흐름 전지의 구성을 나타낸 모식도이다.
도시한 바와 같이, 레독스 흐름 전지는 양극 전해액 저장탱크(110)에 양극 전해액이 저장되고, 음극 전해액 저장탱크(112)에 음극 전해액이 저장된다.
양극 전해액 저장탱크(110)와 음극 전해액 저장탱크(112)에 저장된 양극 전해액 펌프(114)와 음극 전해액 펌프(116)를 통해 각각 셀(102)의 양극 셀(102A) 및 음극 셀(102B)로 유입된다.
양극 셀(102A)에서는 전원/부하(118)의 동작에 따라 전극(106)을 통한 전자의 이동이 발생하며, 이에 따라 산화/환원 반응이 일어난다. 마찬가지로 음극 셀(102B)에서는 전원/부하(118)의 동작에 따라 전극(108)을 통한 전자의 이동이 발생하며, 이에 따라 산화/환원 반응이 일어난다. 산화/환원 반응을 마친 양극 전해액과 음극 전해액은 양극 전해액 저장탱크(110)와 음극 전해액 저장탱크(112)로 순환된다.
한편, 양극 셀(102A) 및 음극 셀(102B)은 이온이 통과할 수 있는 이온교환막(104)에 의해 분리된다. 이에 따라 양극 셀(102A) 및 음극 셀(102B) 간에 이온의 이동, 즉 크로스오버가 일어날 수 있다. 즉 레독스 플로우 전지의 충전/방전 과정에서 양극 셀(102A)의 양극 전해액 이온이 음극 셀(102B)로 이동하고, 음극 셀(102B)의 음극 전해액 이온이 양극 셀(102A)로 이동할 수 있다.
전지 셀의 작동 전압은 1.0~1.7V 정도로 비교적 낮은 전압을 가진다. 따라서, 작동 전압을 높이기 위하여 셀을 직렬로 적층하여 스택 모듈(cell stack)을 구성한다. 스택 모듈은 다수의 전지 셀이 전기적으로 직렬로 연결되며, 전해액을 병렬로 공유하는 구조를 가진다.
전해액 공유 경로를 통해서 전지 셀 간에 흐르는 전류를 션트(shunt) 전류라 한다. 션트 전류는 스택 내부 또는 스택 사이에서 발생하고 스택의 자가 방전을 일으킨다. 자가 방전에 의해서 레독스 흐름 전지가 작동하지 않는 대기 상태에서도 스택 내에 저장된 에너지를 감소시킨다.
본 발명은 레독스 흐름 전지의 단위 스택 사이에서 발생하는 션트 손실을 감소시킬 수 있도록 함으로써 레독스 흐름 전지의 자가방전을 저감하고 전체적인 에너지 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 레독스 흐름 전지의 단위 스택 사이에서 발생하는 션트 손실을 감소시키기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 레독스 흐름 전지의 단위 스택 사이에서 발생하는 션트 손실을 저감할 수 있는 전해액공급배관과 전해액회수배관의 구조를 제공하기 위한 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전해액 저장탱크와, 전해액 저장탱크로부터 전해액을 공급받는 스택 모듈을 포함하는 레독스 흐름 전지에 있어서, M개의 단위 셀이 적층되어 단위 스택을 구성하고, 상기 단위 스택 N개가 직렬로 연결되어 스택 모듈을 구성하며, 양극 전해액 저장탱크 및 음극 전해액 저장탱크와 상기 스택 모듈은 전해액공급배관과 전해액회수배관으로 연결되고, 상기 전해액공급배관과 상기 전해액회수배관은 각각의 전해액 저장탱크에 연결되는 주배관과, 상기 주배관에서 N개로 분기되어 각 단위스택으로 연결되는 분기배관을 포함하고, 각 단위스택으로 연결되는 분기배관의 길이는 M*(0.25~0.75)m 인 레독스 흐름 전지를 제공한다.
이때, 상기 분기배관의 직경과 분기배관의 개수(N)의 곱은 상기 주배관의 직경의 1.5~2.0배 범위인 것이 바람직하다.
또한, 각각의 단위 스택으로 연결되는 전해액공급배관의 길이와 전해액회수배관의 길이의 비율이 일정한 것이 바람직하다.
또한, 각각의 단위 스택과 양극 전해액 저장탱크를 연결하는 배관길이의 합과 각각의 단위 스택과 음극 전해액 저장탱크를 연결하는 배관길이의 합이 동일하게 설정하는 것이 바람직하다.
추가적으로, 상기 분기배관의 유로 상에 션트 저항체를 구비하여 션트 손실을 더욱 저감할 수 있다.
한편, 상기 단위 스택은 적층된 단위 셀을 소그룹 스택으로 분할하는 미드블럭을 구비하며, 상기 분기배관은 상기 미드블럭으로 연결되도록 할 수 있다.
이때, 상기 미드블럭이 복수개 구비되고, 상기 분기배관에서 2차 분기되어 상기 미드블럭으로 연결되는 스택연결배관을 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 레독스 흐름 전지는 션트 손실을 저감할 수 있는 배관 구조를 제공함으로써, 별도의 복잡한 제어장치 없이 단위 스택 사이에서 발생하는 션트 손실을 감소시킬 수 있는 효과를 가져온다.
또한, 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지는 서로 상충하는 펌프 손실과 션트 손실을 고려하여 전체 레독스 흐름 전지 시스템의 효율을 향상시키는 효과를 가져온다.
도 1은 레독스 흐름 전지의 구성을 나타낸 모식도이다.
도 2는 레독스 흐름 전지에서 발생하는 션트 손실을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 션트 손실을 감소시킨 레독스 흐름 전지를 나타낸 구성도이다.
도 4는 레독스 흐름 전지 시스템에 있어서 배관의 길이에 따른 션트 손실과 펌프 손실의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레독스 흐름 전지를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지에 있어서 단위 스택의 일예를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 단위 스택을 나타낸 것이다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 션트 손실을 감소시킨 레독스 흐름 전지에 관하여 상세하게 설명한다.
도 2는 레독스 흐름 전지에서 발생하는 션트 손실을 설명하기 위한 개념도이다.
레독스 흐름 전지는 이온교환막을 사이에 두고 이루어지는 양극 전해액과 음극 전해액의 산화환원 반응을 이용하여 전력을 생산하는 것으로, 하나의 단위 셀에서 생성되는 전압이 낮아 복수개의 단위 셀을 적층하여 스택으로 구성하여 사용하는 것이 일반적이다.
스택은 복수개의 단위 셀이 적층된 형태로 형성되며, 전해액은 도시한 바와 같이 공통의 공급유로를 통해서 각각의 단위 셀로 공급되고, 도시하지는 않았지만 공급유로와 유사한 형태의 배출유로를 통해서 각각의 단위 셀에서 배출되는 전해액이 회수된다.
션트 전류(shunt current)는 스택을 구성하는 단위 셀의 전극부가 인접 셀의 전극부와 전해액으로 서로 연결되면서 발생하게 되는 것인데, 각 단위 셀의 전극은 바로 옆에 위치한 단위 셀의 전극에 비해서 셀 전압에 해당하는 만큼 전압의 차이가 발생하게 된다. 이는 스택을 구성하는 단위 셀이 서로 직렬로 연결되기 때문에 발생하는 것이다.
따라서, 단위 셀의 적층 개수가 늘어날수록 전압 차이는 점차 증가한다. 하나의 셀 전압이 1.2V 이고, 총 10개의 셀이 직렬로 연결되어 있다면 양측 끝에 위치하는 전극 사이에서 발생하는 전압의 차이는 10.8V (1.2V *9) 가 된다.
션트 전류는 셀의 전압 차이와 전해액 저항에 따라 변화하게 된다.
스택 내에서 또는 스택 사이에서 발생하는 션트 전류는 여러 개의 셀에서 복합적으로 발생하여 복잡한 전기회로 모델로 구성되지만 다음과 같이 단순하게 표시할 수 있다.
션트 전류 : I = ΔV / Rs
션트 저항 : Rs = R * L / A
* Rs: 션트 저항
* R: 전해액 비저항,
* L: 셀 전극간 전해액 경로의 길이
* A: 셀 전극간 전해액 경로의 단면적
특정한 전해액을 사용하는 경우에 션트 션류를 감소시키기 위해서는 전압 차이를 감소시키거나, 션트 저항을 증가시켜야 한다.
그런데, 전압은 단위 셀의 적층 개수에 의하여 조절되는 것으로 스택 모듈을 한꺼번에 적층하는 것보다 전체 스택 모듈을 단위 스택으로 분할하고, 각 단위 스택을 직렬로 연결하는 방법으로 전압차를 감소시킬 수 있다.
또한, 션트 저항은 전해액의 경로 단면적을 감소시키거나, 전해액의 경로 길이를 증가시키는 방법을 증가시킬 수 있다. 전해액의 경로 단면적과 경로 길이는 결국 전해액 저장탱크와 스택을 연결하는 배관의 직경과 길이를 변화시키는 것으로 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 션트 손실을 감소시킨 레독스 흐름 전지를 나타낸 구성도이다.
도시된 바와 같이, 레독스 흐름 전지는 양극 전해액을 저장하는 양극 전해액 저장탱크(110)와, 음극 전해액을 저장하는 음극 전해액 저장탱크(112)와, 단위 스택(210)이 직렬 연결된 스택 모듈(200)을 포함한다.
본 발명은 션트 손실을 감소시키기 위하여, 스택 모듈(200)을 단위 스택(210)으로 분할하는 구조를 제공한다.
스택 모듈(200)을 단위 스택으로 분할하게 되면, 션트 전류에 영향을 주는 전압차이를 감소시킬 수 있기 때문이다.
각각의 전해액 저장탱크(110,112)와 스택 모듈(200)은 전해액공급배관(300,300')과, 전해액회수배관(400,400')으로 연결된다.
양극 전해액 저장탱크(110)에 저장된 양극 전해액은 전해액공급배관(300)을 통해서 스택 모듈(200)의 각 단위 스택(210)으로 병렬로 공급되며, 각 단위 스택(210)에서 배출되는 양극 전해액은 전해액회수배관(400)을 통해서 다시 양극 전해액 저장탱크(110)로 순환하게 된다.
마찬가지로, 음극 전해액 저장탱크(112)에 저장된 음극 전해액은 전해액공급배관(300')을 통해서 스택 모듈(200)의 각 단위 스택(210)으로 병렬로 공급되며, 각 단위 스택(210)에서 배출되는 음극 전해액은 전해액회수배관(400')을 통해서 음극 전해액 저장탱크(112)로 순환 하게된다.
단위 스택(210)은 M개의 단위 셀이 적층되어 형성되는 것으로, 각 단위 스택(210) 간에는 전기적으로 직렬로 연결되어 있다.
또한, 스택 모듈(200)을 구성하는 단위 스택(210)은 서로 직렬로 연결되어 있다.
예를 들어 단위 셀이 1.0V의 전압을 가지고, 단위 스택(210)이 40개의 단위 셀로 구성되고, 스택 모듈(200)이 6개의 단위 스택으로 구성되는 경우라면, 개별 단위 스택(210)의 전압은 40V 가 되고, 스택 모듈의 전압은 240V 가 된다.
스택 모듈(200)을 단위 스택(210)으로 분할하지 않았다면, 션트 전류를 유발하는 전압차이가 240V가 되겠으나, 6개의 단위 스택(210)으로 분할하였기 때문에 션트 전류를 유발하는 전압차이가 40V로 감소하게 된다. 물론 이렇게 스택 모듈(200)이 단위 스택(210)으로 분할되더라도 단위 스택(210)간의 배관이 병렬로 짧게 연결되어 있다면 전체의 전압차이는 240V로 동일하다.
스택 모듈(200)을 단위 스택(210)으로 분할하면, 션트 손실의 감소의 측면과, 유량 조절의 편의성과, 조립성, 압력 강하 설계의 편의성, 유지 보수의 편의성 등이 향상된다.
전해액공급배관(300,300')에 관해서 살펴보면, 전해액공급배관(300,300')은 전해액 저장탱크(110,112)와 연결되는 주배관(310,310')과, 상기 주배관(310,310')에서 단위 스택(210)의 개수(도시한 실시예의 경우 여섯개)로 분기되어 각 단위 스택(210)으로 연결되는 분기배관(320,320')을 포함한다.
전해액회수배관(400,400')의 경우에도 전해액공급배관(300,300')과 동일하게 주배관(410,410')과 분기배관(420,420')을 포함하며, 동일한 구조를 가지는 것으로 중복되는 설명은 생략한다.
도면에서는 도시의 편의상 블록도 형식으로 배관을 나타내어 각 분기배관(320,320')의 길이가 서로 다른 것처럼 보일 수 있으나, 실제로 각각의 분기배관(320,320',420,420')의 길이는 동일하게 설정되는 것이 바람직하다.
이는 각각의 단위 스택(210)으로 전해액이 균일하게 공급될 수 있도록 하기 위한 것이다.
이상적으로는 각각이 동일하게 설정되어야 하나, 대부분의 실제 시스템 배관의 경우 설치 환경, 조건 등의 이유로
도 4는 레독스 흐름 전지 시스템에 있어서 배관의 길이에 따른 션트 손실과 펌프 손실의 변화를 나타낸 그래프이다.
도시된 바와 같이, 배관의 길이가 늘어나면 단위 스택들 사이의 전기적인 저항이 증가하게 되므로 션트 손실은 감소하게된다.
그러나, 펌프 손실의 측면에서는 배관의 길이가 늘어나면 유체의 저항이 증가하게 되므로 펌프 손실이 증가하게 된다.
다시말해, 션트 전류 손실과 펌프 손실은 서로 트레이드 오프(trade off) 관계를 가진다.
펌프 손실과 션트 손실의 합계인 BOP 손실을 최적화할 수 있는 배관 구조를 제공하기 위한 것이다.
다시 도 3를 참조하면, 펌프 손실의 측면에서는 전체 배관의 길이(주배관의 길이와 분기배관의 길이의 합)가 매우 중요한 요소가 되고, 션트 손실의 측면에서는 전체 배관의 길이 보다는 각 단위 스택들(210)의 유로가 만나게 되는 분기배관(320,320',420,420')의 길이가 중요한 요소가 된다.
션트 손실에 션트 전류에 따른 것이고, 션트 전류는 앞서 살펴본 바와 같이 전압차이와 관련이 있다. 단위 스택(210)의 전압이 높을수록 션트 전류량이 증가하게 되어 션트 손실이 증가하게 된다.
따라서, 분기배관의 길이는 단위 스택(210)을 구성하는 단위 셀의 적층 개수와 관련된다.
본 발명에 따른 레독스 흐름 전지는 각 단위 스택(210)으로 분기되는 각각의 분기배관의 길이를 동일하게 하는 것을 특징으로 한다.
이는 각 단위 스택(210) 사이가 동일한 전기 저항값을 가지며 연결되도록 함으로써, 각 단위 스택(210)에서 발생하는 션트 손실이 균일하게 유지될 수 있도록 하기 위한 것이다.
다른 측면에서는, 분기배관(320,320',420,420') 길이에서 차이가 발생하게 되면, 각 단위 스택(210)으로 공급되는 전해액의 유량과 유속에 편차가 발생하게 되므로 전체 스택 모듈(200)이 효율적으로 운전되지 못하는 문제점이 발생한다.
단위 스택이 M개의 셀이 적층되어 형성되는 경우에, 각 단위스택으로 연결되는 분기배관의 길이는 M*(0.25~0.75)m 범위인 것이 바람직하다.
분기배관(320,320',420,420')의 길이가 M*0.25m 미만인 경우에는 분기배관(320,320',420,420')의 션트 저항이 낮아서 션트 손실이 과도하게 증가하게 되며, 반대로 분기배관(320,320',420,420')의 길이가 M*0.75m 를 초과하는 경우에는 션트 저항의 증가로 인한 션트 손실의 저감 효과보다는 배관길이 연장에 따른 펌프 손실이 증가하여 전체적인 시스템 효율이 저하되는 문제점을 가져온다.
또한, 펌프 손실의 측면에서 볼 때, 분기배관(320,320',420,420')의 직경과 분기배관 개수의 곱은 주배관의 직경의 1.5~2.0배 범위인 것이 바람직하다.
전해액은 주배관을 거친후 분기되어 단위 스택(210) 개수(N) 만큼의 분기배관(320,320',420,420')으로 나누어져 흐르게 되는데, 분기배관(320,320',420,420')의 개수와 분기배관(320,320',420,420')의 직경의 곱이 주배관(310,310',410,410')의 직경의 1.5배 미만이 되면, 분기배관(320,320',420,420')으로 흐르는 압력을 확보하기 곤란한 문제점이 발생하며, 반대로 분기배관의 개수와 분기배관의 직경의 곱이 주배관의 직경의 2배를 초과하게 되면, 분기되면서 유속이 급격히 감소하는 문제점이 발생한다.
한편, 각각의 단위 스택(210)으로 연결되는 전해액공급배관(300,300')의 길이과, 전해액회수배관(400,400')의 길이의 비율이 일정하게 형성하는 것이 바람직하다.
여기서 전해액공급배관(300,300')의 길이라 함은 주배관의 길이와 하나의 분기배관의 길이의 합을 의미하는 것으로, 전해액 저장탱크에서 단위 스택까지 전해액이 흘러가는 길이를 뜻하며, 전해액회부배관(400,400')의 길이도 동일한 의미이다.
각각의 단위 스택(210)에 있어서, 전해액공급배관의 길이와 전해액회수배관의 길이의 비율이 일정하게 되면, 각각의 단위 스택(210)으로 공급되는 전해액이 동일한 흐름 저항을 가지게 되므로, 각각의 단위 스택(210)으로 전해액이 균일하게 공급될 수 있다.
또한, 각각의 단위 스택(210)과 양극 전해액 저장탱크(110)를 연결하는 배관길이의 합과, 각각의 단위 스택(210)과 음극 전해액 저장탱크(112)를 연결하는 배관길이의 합을 동일하게 하는 것이 바람직하다.
이는 각각의 단위 스택으로 공급되는 양극 전해액과 음극 전해액이 균형을 이루도록 하기 위한 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레독스 흐름 전지를 나타낸 것이다.
본 실시예는 분기배관의 유로상에 션트 저항체(330)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 션트 저항체(330)는 분기배관을 차단하거나 분기배관의 단면적을 국부적으로 축소하여 전기저항을 증가시키는 역할을 수행한다.
도시한 도면에서는 전해액공급배관(300,300')의 분기배관(320,320')에 션트 저항체(330)가 설치된 것을 도시하였으나, 전해액회수배관(400,400')의 분기배관(420,420')에 션트 저항체가 설치될 수도 있으며, 양측의 분기배관에 모두 션트 저항체가 설치될 수도 있다.
션트 저항체(330)는 항상 일정한 상태를 유지하는 타입일 수도 있고, 운전시와 운전 정지시에 따라 가변적으로 작동하는 타입일 수 있다.
항상 일정한 상태를 유지하는 타입인 경우 국부적으로 분기배관의 단면적이 축소되도록 하여, 분기배관의 전기저항을 증가시킬 수 있다.
가변적으로 작동하는 타입인 경우 개폐 밸브로 구성될 수 있으며, 운전 정지시 개폐 밸브를 폐쇄하도록 동작할 수 있다. 운전시에는 펌프 손실 증가를 막기 위하여 개방 상태를 유지하고, 운전 정지시에는 션트 손실을 감소시키기 위하여 분기배관을 폐쇄하도록 동작할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지에 있어서 단위 스택의 일예를 나타낸 것이다.
일반적으로 단위 스택은 한 쌍의 엔드 플레이트 사이에 단위 셀들이 적층된 형태를 가지며, 엔드 플레이트에 전해액공급배관과 전해액회수배관이 연결된 형태를 가진다.
본 실시예는 앤드플레이트(212) 사이에 단위 전지 셀이 적층되어 있는 단위 스택(210)의 내부에 미드블럭(215)을 구비하여, 전해액공급배관의 분기관(320)과, 전해액회수배관의 분기관(420)이 상기 미드블럭(215)에 연결되는 것을 특징으로 한다.
미드블럭은 단위 셀의 사이에 적층되어 단위 스택을 소그룹 스택(216a,216b)분할하는 역할을 수행한다. 분할된 소그룹 스택(216a, 216b)은 전기적으로는 직렬로 연결되는 상태를 유지한다.
예를 들어, 단위 스택이 40개의 단위 셀이 적층되어 형성되는 경우라면 하나의 미드블럭(215)을 이용하여 20개의 단위 셀이 적층된 2개의 소그룹 스택(216a,216b)으로 분할할 수 있다.
지나치게 많은 수의 단위 셀이 적층되어 있는 경우에 전해액이 각 단위셀에 균일하게 공급되지 않을 수 있으므로, 미드블럭(215)을 단위 스택 내부에 구비하여 적정한 수의 단위 셀이 적층된 소그룹으로 분할하는 것이다.
또한 미드블럭(215)의 배치는 션트 손실을 감소시키는 측면에 있어서도 유리한 효과를 가진다. 왜냐하면 미드블럭(125)이 배치되면 단위 셀들이 공유하는 병렬로 연결된 전해액이 미드블럭(125)에 의하여 분리됨으로써 전기 저항이 증가하기 때문이다.
미드블럭(215)은 분기배관(320,420)에 연결되어, 분기배관에서 유입되는 전해액을 미드블럭 양면의 소그룹 스택으로 분배하는 역할을 수행한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 단위 스택을 나타낸 것이다.
도시한 바와 같이, 하나의 단위 스택이 복수의 미드블럭(215,217)을 구비할 수 있다.
도시한 실시예의 경우 3개의 미드블럭을 구비하여, 단위 스택을 4개의 소그룹 스택(216a,216b,216c,216d)으로 분할한 상태를 나타낸 것이다. 이 때 중앙의 미드블럭(217)에는 배관이 연결되지 않는다.
미드블럭을 이용하면, 더 많은 단위 셀을 가지는 단위 스택을 구성할 수 있으며, 단위 스택을 다시 소그룹으로 분할하여 미드블럭을 통해 전해액을 분배함으로써 각각의 단위 셀로 전해액을 보다 균일하게 공급할 수 있다. 또한 앞서 설명한 바와 같이 션트 손실 감소의 측면에서도 유리하다.
도시한 바와 같이, 하나의 단위 스택에 복수개의 미드블럭을 구비하는 경우, 분기배관에서 분기되어 미드블럭(215)으로 연결되는 스택연결배관(340,440)을 구비하는 것이 바람직하다. 이때 각 스택연결배관(340,440)은 분기배관과 마찬가지로 길이의 공급배관과 배출배관의 비율이 일정하고, 직경이 동일한 것이 바람직하다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110 : 양극전해액탱크
112 : 음극전해액탱크
200 : 스택 모듈
210 : 단위 스택
212 : 앤드플레이트
215, 217 : 미드블럭
216a, 216b, 216c, 216d : 소그룹 스택
300, 300' : 전해액공급배관
310,310' : 주배관
320,320' : 분기배관
330 : 션트 저항체
400, 400' : 전해액회수배관
410,410' : 주배관
420,420' : 분기배관

Claims (7)

  1. 전해액 저장탱크와, 전해액 저장탱크로부터 전해액을 공급받는 스택 모듈을 포함하는 레독스 흐름 전지에 있어서,
    M개의 단위 셀이 적층되어 단위 스택을 구성하고, 상기 단위 스택 N개가 직렬로 연결되어 스택 모듈을 구성하며,
    양극 전해액 저장탱크 및 음극 전해액 저장탱크와 상기 스택 모듈은 전해액공급배관과 전해액회수배관으로 연결되고,
    상기 전해액공급배관과 상기 전해액회수배관은 각각의 전해액 저장탱크에 연결되는 주배관과, 상기 주배관에서 N개로 분기되어 각 단위스택으로 연결되는 분기배관을 포함하고,
    각 단위스택으로 연결되는 분기배관의 길이는 M*(0.25~0.75)m 인 레독스 흐름 전지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분기배관의 직경과 분기배관의 개수(N)의 곱은 상기 주배관의 직경의 1.5~2.0배 범위인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    각각의 단위 스택으로 연결되는 전해액공급배관의 길이와 전해액회수배관의 길이의 비율이 일정한 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    각각의 단위 스택과 양극 전해액 저장탱크를 연결하는 배관길이의 합과
    각각의 단위 스택과 음극 전해액 저장탱크를 연결하는 배관길이의 합이 동일한 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 분기배관의 유로 상에 션트 저항체를 구비하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 스택은
    적층된 단위 셀을 소그룹 스택으로 분할하는 미드블럭을 구비하며, 상기 분기배관은 상기 미드블럭으로 연결되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 미드블럭이 복수개 구비되고,
    상기 분기배관에서 2차분기되어 상기 미드블럭으로 연결되는 스택연결배관을 구비하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 시스템.
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