KR101821946B1 - 레독스 플로우 전지용 프레임, 레독스 플로우 전지 및 셀 스택 - Google Patents

레독스 플로우 전지용 프레임, 레독스 플로우 전지 및 셀 스택 Download PDF

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하야토 후지타
고우스케 시라키
기요아키 하야시
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스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

창부를 구비하는 레독스 플로우 전지용 프레임으로서, 상기 창부를 포락하는 직사각형의 장변의 길이를 A, 상기 장변에 대응하는 가로 프레임의 폭을 B, 상기 직사각형의 단변의 길이를 C, 상기 단변에 대응하는 세로 프레임의 폭을 D라고 할 때, A＞C, B＞D 및 (B/A)≥0.2를 만족시키는 레독스 플로우 전지용 프레임.

Description

레독스 플로우 전지용 프레임, 레독스 플로우 전지 및 셀 스택
본 발명은 축전지의 하나인 레독스 플로우(redox flow) 전지, 레독스 플로우 전지에 이용되는 프레임 및 셀 스택에 관한 것이다.
본 출원은 2016년 3월 29일 출원된 일본 출원 제2016-066323호에 기초한 우선권을 주장하며, 상기 일본 출원에 기재된 모든 기재 내용을 원용하는 것이다.
축전지의 하나에, 전해액을 전극에 공급하여 전지 반응을 행하는 레독스 플로우 전지(이하, RF 전지라고 부르는 경우가 있음)가 있다. RF 전지는 (1) 대출력화, 메가와트급(MW급)의 대용량화가 용이한 것, (2) 장수명인 것, (3) 전지의 충전 상태(SOC: State of Charge)를 정확하게 감시 가능한 것, (4) 전지 출력과 전지 용량을 독립적으로 설계할 수 있어 설계의 자유도가 높은 것 등의 특징을 가지고 있어, 전력 계통의 안정화 용도의 축전지에 알맞을 것으로 기대된다.
RF 전지는 정극 전해액이 공급되는 정극 전극과, 부극 전해액이 공급되는 부극 전극과, 양극의 전극 사이에 개재되는 격막을 구비하는 전지 셀을 주된 구성 요소로 한다. 전지 셀은 대표적으로는, 전극이 배치되는 쌍극판과, 쌍극판의 바깥 둘레에 마련된 프레임을 구비하는 셀 프레임을 이용하여 형성된다. 대용량의 RF 전지에서는, 셀 프레임, 한쪽의 극의 전극, 격막, 다른쪽의 극의 전극, …을 순서대로 반복하여 복수 적층한 적층체를 주체로 하는 셀 스택이 이용된다.
상기 적층체는, 각 극의 전극에 미반응의 전해액을 공급하고, 전지 반응에 이용한 전해액을 각 극의 전극으로부터 배출하는 정극용 급배판 및 부극용 급배판에 끼워지고, 더욱 이 외측이 한쌍의 엔드 플레이트에 끼워지고, 엔드 플레이트 사이가 장볼트 및 너트에 의해 조여진다. 이 적층 방향으로 작용하는 조임력에 의해, 적층 상태가 유지된다. 또한, 상기 조임력에 의해, 인접하는 프레임 사이에 배치되는 시일 부재에 의해 프레임 사이가 액밀하게 유지되어, 전해액의 누출을 방지한다.
특허문헌 1은 중앙부에 직사각형 형상의 창부가 마련된 직사각형 형상의 프레임으로서, 프레임의 바깥 둘레 가장자리에 있어서의 단변의 길이에 대한 장변의 길이의 비(장변/단변), 소위 애스펙트비가 1을 넘는 가로로 긴 것을 개시한다. 또한, 특허문헌 1은 이 프레임을, 창부를 갖는 한쌍의 프레임편으로 하고, 프레임편의 개구 가장자리 근방에서 쌍극판의 둘레 가장자리 근방을 사이에 두고 열 융착하여, 쌍극판과 프레임을 일체화하는 것을 개시한다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2002-367658호 공보
본 발명의 일양태에 따른 레독스 플로우 전지용 프레임은,
창부를 구비하는 레독스 플로우 전지용 프레임으로서,
상기 창부를 포락하는 직사각형의 장변의 길이를 A, 상기 장변에 대응하는 상기 프레임의 가로 프레임의 폭을 B, 상기 직사각형의 단변의 길이를 C, 상기 단변에 대응하는 상기 프레임의 세로 프레임의 폭을 D라고 할 때,
A＞C, B＞D 및 (B/A)≥0.2를 만족시키는 레독스 플로우 전지용 프레임.
본 발명의 일양태에 따른 레독스 플로우 전지는, 상기 레독스 플로우 전지용 프레임을 구비한다.
본 발명의 일양태에 따른 레독스 플로우 전지는,
상기 레독스 플로우 전지용 프레임 및 상기 창부의 내측에 배치되는 쌍극판과, 정극 전극과, 격막과, 부극 전극이 순서대로 복수 적층되고, 이 적층 방향으로 조이는 압력에 의해 적층 상태가 유지되는 적층체와,
상기 적층체와 함께 적층되는 정극 급배판 및 부극 급배판을 구비하고,
상기 적층체에 있어서의 상기 프레임의 가로 프레임의 바깥 둘레 가장자리가, 상기 정극 급배판의 바깥 둘레 가장자리 및 상기 부극 급배판의 바깥 둘레 가장자리로부터 돌출하고 있다.
본 발명의 일양태에 따른 셀 스택은, 상기 레독스 플로우 전지용 프레임을 구비한다.
본 발명의 일양태에 따른 셀 스택은,
상기 레독스 플로우 전지용 프레임 및 상기 창부의 내측에 배치되는 쌍극판과, 정극 전극과, 격막과, 부극 전극이 순서대로 복수 적층되고, 이 적층 방향으로 조이는 압력에 의해 적층 상태가 유지되는 적층체와,
상기 적층체와 함께 적층되는 정극 급배판 및 부극 급배판을 구비하고,
상기 적층체에 있어서의 상기 프레임의 가로 프레임의 바깥 둘레 가장자리가, 상기 정극 급배판의 바깥 둘레 가장자리 및 상기 부극 급배판의 바깥 둘레 가장자리로부터 돌출하고 있다.
도 1은 실시형태 1의 레독스 플로우 전지용 프레임을 나타내는 개략 평면도이다.
도 2는 실시형태 1의 레독스 플로우 전지용 프레임을 구비하는 전지 셀의 개략을 나타내는 분해 사시도 및 이 전지 셀을 구비하는 실시형태 1의 셀 스택의 개략을 나타내는 측면도이다.
도 3은 실시형태 1의 레독스 플로우 전지의 동작 원리도이다.
[본 개시가 해결하고자 하는 과제]
레독스 플로우 전지(RF 전지)에 이용되는 프레임에 대하여, 작용하는 압력에 의해 변형되기 어려운 것이 요구된다. 특히, 전해액의 유량을 더욱 많게 하여 RF 전지를 운전하는 경우 등에서도 프레임이 변형되기 어려운 것이 요구된다.
애스펙트비가 1을 넘는 프레임에 있어서 장변측의 프레임은, 단변측의 프레임보다 길다. 그 때문에, 만약 프레임의 전체 둘레에 걸쳐 프레임폭이 같은 경우라도, 장변측의 프레임은, 단변측의 프레임보다 강성이 뒤떨어진다. 그 때문에, RF 전지의 운전 시, 전해액을 유통하여 액압이 프레임에 작용하면, 장변측의 프레임은 단변측의 프레임보다 변형되기 쉽다. 이하의 경우에는, 장변측의 프레임이 더욱 변형되기 쉽다. 프레임의 변형량이 크면, 프레임이 파손될 우려가 있다.
(a) 장변측의 프레임을 전해액의 유통 방향과 직교하도록 배치하는 경우.
액압은 유통 방향으로 작용하기 쉽기 때문에, 장변측의 프레임에 작용하는 액압이 커지기 때문이다.
(b) 운전 시, 전지 성능의 향상 등을 목적으로 하여 전해액의 유량을 증대하는 경우.
전해액의 유량의 증대에 따라, 액압도 커지기 때문이다.
(c) 장변측의 프레임이 수평 방향을 따라 배치되도록, RF 전지가 설치되는 경우.
전해액의 자기 중량이 장변측의 프레임에 가해지기 쉽기 때문이다.
한편, RF 전지의 전해액에는 바나듐 이온을 포함하는 황산 수용액 등의 산성액이 이용된다. 프레임은 상기 산성액에 접촉하기 때문에, 염화비닐이라고 하는 내액성이 우수한 수지제로 한다. 이러한 수지제의 프레임에서는, 충분한 강성을 갖는다고는 할 수 없어, 전술한 액압 등의 응력이 커지면 변형될 수 있다. 프레임의 변형 방지를 위해 전해액의 유량을 감소하면, 전술한 전해액의 유량 증대 등의 요망에 충분히 대응할 수 없다.
그래서, 본 발명의 목적의 하나는, 변형되기 어려운 레독스 플로우 전지용 프레임을 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 변형되기 어려운 프레임을 구비하는 레독스 플로우 전지 및 셀 스택을 제공하는 것에 있다.
[본 개시의 효과]
본 발명의 일양태에 따른 레독스 플로우 전지용 프레임은 변형되기 어렵다.
본 발명의 일양태에 따른 레독스 플로우 전지 및 본 발명의 일양태에 따른 셀 스택은 프레임이 변형되기 어렵다.
[본 발명의 실시형태의 설명]
먼저 본 발명의 실시형태의 내용을 열기하여 설명한다.
(1) 본 발명의 일양태에 따른 레독스 플로우 전지용 프레임은,
창부를 구비하는 레독스 플로우 전지용 프레임으로서,
상기 창부를 포락하는 직사각형의 장변의 길이를 A, 상기 장변에 대응하는 상기 프레임의 가로 프레임의 폭을 B, 상기 직사각형의 단변의 길이를 C, 상기 단변에 대응하는 상기 프레임의 세로 프레임의 폭을 D라고 할 때,
A＞C, B＞D 및 (B/A)≥0.2를 만족시킨다.
상기 레독스 플로우 전지용 프레임 및 상기 창부는, 대표적으로는 직사각형 형상으로 되지만, 직사각형 형상에 한정되지 않는다(후술하는 변형예 (II) 참조).
상기 레독스 플로우 전지용 프레임의 바깥 둘레 가장자리와 상기 창부의 개구 가장자리는, 쌍방이 직사각형 형상인 경우라도, B＞D로부터, 상사가 아니다.
상기 창부는 A＞C로부터, 장변의 길이/단변의 길이(A/C)로 나타내는 애스펙트비가 1 초과인 가로로 긴 직사각형으로 포락되는 형상이다.
상기 레독스 플로우 전지(RF 전지)용 프레임은, 이 가로로 긴 창부에서의 상기 장변에 대응하는 가로 프레임과, 상기 단변에 대응하는 세로 프레임을 구비하기 때문에, 대표적으로는 애스펙트비가 1 초과인 가로로 긴 또는 세로로 긴 직사각형으로 포락되는 형상이라고 할 수 있다.
상기 창부를 포락하는 직사각형은, 창부를 형성하는 개구 가장자리 중, 최소 둘레 길이를 취하는 것으로 한다. 예컨대, 창부가 직사각형 형상인 경우, 창부를 형성하는 개구 가장자리가 만드는 직사각형이 상기 포락되는 직사각형에 상당한다. 창부가 직사각형 이외의 형상인 경우, 창부를 형성하는 개구 가장자리를 포락하는 최소의 직사각형으로 한다.
상기 가로 프레임의 폭은, 상기 창부를 포락하는 직사각형의 장변으로부터, 가로 프레임의 바깥 둘레 가장자리까지의 최대 거리로 한다. 예컨대, 창부가 직사각형 형상인 경우, 상기 개구 가장자리가 만드는 직사각형의 장변으로부터 가로 프레임의 바깥 둘레 가장자리까지의 최대 거리이다.
상기 세로 프레임의 폭은, 상기 창부를 포락하는 직사각형의 단변으로부터, 세로 프레임의 바깥 둘레 가장자리까지의 최대 거리로 한다. 예컨대, 창부가 직사각형 형상인 경우, 상기 개구 가장자리가 만드는 직사각형의 단변으로부터 세로 프레임의 바깥 둘레 가장자리까지의 최대 거리이다.
가로로 긴 창부에 대하여 가로 프레임의 폭(B)은, 세로 프레임의 폭(D)보다 크고, 또한, 창부에서의 상기 장변의 길이(A)에 대한 비도 0.2 이상으로, 광폭이라고 할 수 있다. 상기 RF 전지용 프레임은, 가로 프레임이 광폭이기 때문에, 예컨대 가로 프레임의 길이 방향과 직교하는 방향의 응력을 받아도, 가로 프레임이 변형되기 어렵다. 이러한 상기 RF 전지용 프레임을 RF 전지에 이용한 경우, 가로 프레임을 전해액의 유통 방향과 직교하도록 배치하거나, 운전 시에 전해액의 유량을 증대시키거나, 가로 프레임이 수평 방향을 따라 배치되도록 RF 전지를 설치하는(이하, 횡장(橫長) 설치라고 하는 경우가 있음) 등 하여도, 상기 RF 전지용 프레임이 변형되기 어렵다. 따라서, 상기한 RF 전지용 프레임은 내압성이 우수한 RF 전지를 구축할 수 있다.
(2) 상기 RF 전지용 프레임의 일례로서, (D/C)≥0.2를 만족시키는 형태가 바람직하다.
상기 형태에 있어서의 세로 프레임의 폭(D)은, 창부에서의 상기 단변의 길이(C)에 대한 비가 0.2 이상으로, 광폭이라고 할 수 있다. 그 때문에, 단변의 길이(C)의 절대값이 큰 경우라도, 세로 프레임이 변형되기 어렵다. 상기 형태는, 가로 프레임 및 세로 프레임의 쌍방이 변형되기 어려워, 전체적으로 변형되기 어렵다.
(3) 상기 RF 전지용 프레임의 일례로서, 상기 레독스 플로우 전지용 프레임 및 상기 창부가 직사각형 형상이며, 상기 레독스 플로우 전지용 프레임에 있어서의 상기 가로 프레임을 포함하는 장변의 길이를 L, 상기 세로 프레임을 포함하는 단변의 높이를 H라고 할 때, L＞H를 만족시키는 형태가 바람직하다. 이 형태는 가로 프레임의 전체 길이에 걸쳐 균일적인 크기의 폭(B)을 가지고, 세로 프레임의 전체 길이에 걸쳐 균일적인 크기의 폭(D)을 갖는다.
상기 형태는 L＞H로부터, 장변의 길이/단변의 높이(L/H)로 나타내는 애스펙트비가 1 초과인 가로로 긴 직사각형 형상의 프레임에, 가로로 긴 직사각형 형상의 창부를 구비한다고 할 수 있다. 따라서, 상기 형태는 가로 프레임이 변형되기 쉬운 형상이지만, 가로 프레임의 폭(B)이 광폭이기 때문에, 변형되기 어렵다.
(4) 상기 RF 전지용 프레임의 일례로서, 상기 가로 프레임은 체결축이 삽입 관통되는 관통 구멍을 구비하는 형태가 바람직하다. 상기 체결축은 대표적으로는, 적층된 복수의 프레임을 연통하여, 적층 상태의 유지에 이용된다.
가로 프레임은 광폭으로, 관통 구멍의 형성 영역을 충분히 가질 수 있다. 상기 형태의 프레임을 적층한 적층체에 체결축을 삽입 관통 배치하면, 체결축을 가로 프레임의 보강재에 이용할 수 있어, 가로 프레임의 강성을 높일 수 있다. 또한, 체결축에 의해 가로 프레임의 변위가 규제된다. 이것들로부터, 상기 형태는 보다 변형되기 어렵다. 또한, 프레임 자신에 관통 구멍을 구비하기 때문에, 가로 프레임에 관통 구멍의 형성 영역을 구비하는 것에 수반하여, 엔드 플레이트를 크게 할 필요가 없다. 따라서, 상기 형태는 변형되기 어려운 데다가, 소형인 RF 전지를 구축할 수 있다.
(5) 본 발명의 일양태에 따른 레독스 플로우 전지(RF 전지)는, 상기 (1)∼(4) 중 어느 하나에 기재된 레독스 플로우 전지용 프레임을 구비한다.
상기 RF 전지는, 액압 등의 응력을 받아도 변형되기 어려운 상기 RF 전지용 프레임을 구비한다. 그 때문에, 상기 RF 전지에 의하면, 가로 프레임을 전해액의 유통 방향과 직교하도록 배치하거나, 운전 시에 전해액의 유량을 증대시키거나, 횡장 설치하는 등 하여도, 상기 RF 전지용 프레임이 변형되기 어려워, 내압성이 우수하다.
(6) 본 발명의 일양태에 따른 레독스 플로우 전지(RF 전지)는,
상기 (1)∼(4) 중 어느 하나에 기재된 레독스 플로우 전지용 프레임 및 상기 창부의 내측에 배치되는 쌍극판과, 정극 전극과, 격막과, 부극 전극이 순서대로 복수 적층되고, 이 적층 방향으로 조이는 압력에 의해 적층 상태가 유지되는 적층체와,
상기 적층체와 함께 적층되는 정극 급배판 및 부극 급배판을 구비하고,
상기 적층체에 있어서의 상기 프레임의 가로 프레임의 바깥 둘레 가장자리가, 상기 정극 급배판의 바깥 둘레 가장자리 및 상기 부극 급배판의 바깥 둘레 가장자리로부터 돌출하고 있다.
상기 RF 전지에 구비하는 적층체는, 액압 등의 응력을 받아도 변형되기 어려운 상기 RF 전지용 프레임을 구비한다. 그 때문에, 상기 RF 전지에 의하면, 가로 프레임을 전해액의 유통 방향과 직교하도록 배치하거나, 운전 시에 전해액의 유량을 증대시키거나, 횡장 설치하는 등 하여도, 상기 RF 전지용 프레임이 변형되기 어려워, 내압성이 우수하다. 또한, 상기 RF 전지에 구비하는 정극 급배판 및 부극 급배판은, 광폭인 가로 프레임의 바깥 둘레 가장자리보다 내측에 위치하고 있으며 소형이다. 따라서, 상기 RF 전지는, 상기 RF 전지용 프레임과 동일 외형 치수를 갖는 정극 급배판 및 부극 급배판을 구비하는 경우와 비교하여, 경량이다.
(7) 본 발명의 일양태에 따른 셀 스택은, 상기(1)∼(4) 중 어느 하나에 기재된 레독스 플로우 전지용 프레임을 구비한다.
상기 셀 스택은, 가로 프레임의 길이 방향과 직교하는 방향의 응력 등을 받아도 변형되기 어려운 상기 RF 전지용 프레임을 구비하기 때문에, 내압성이 우수한 RF 전지를 구축할 수 있다.
(8) 본 발명의 일양태에 따른 셀 스택은,
상기 (1)∼(4) 중 어느 하나에 기재된 레독스 플로우 전지용 프레임 및 상기 창부의 내측에 배치되는 쌍극판과, 정극 전극과, 격막과, 부극 전극이 순서대로 복수 적층되고, 이 적층 방향으로 조이는 압력에 의해 적층 상태가 유지되는 적층체와,
상기 적층체와 함께 적층되는 정극 급배판 및 부극 급배판을 구비하고,
상기 적층체에 있어서의 상기 프레임의 가로 프레임의 바깥 둘레 가장자리가, 상기 정극 급배판의 바깥 둘레 가장자리 및 상기 부극 급배판의 바깥 둘레 가장자리로부터 돌출하고 있다.
상기 셀 스택에 구비하는 적층체는, 가로 프레임의 길이 방향에 직교하는 방향의 응력 등을 받아도 변형되기 어려운 상기 RF 전지용 프레임을 구비하기 때문에, 내압성이 우수한 RF 전지를 구축할 수 있다. 또한, 상기 셀 스택에 구비하는 정극 급배판 및 부극 급배판은, 광폭인 가로 프레임의 바깥 둘레 가장자리보다 내측에 위치하고 있으며 소형이다. 따라서, 상기 셀 스택은 상기 RF 전지용 프레임과 동일 외형 치수를 갖는 정극 급배판 및 부극 급배판을 구비하는 경우와 비교하여, 경량인 RF 전지를 구축할 수 있다.
[본 발명의 실시형태의 상세]
이하에 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태의 구체예를 설명한다. 도면에 있어서 동일 부호는 동일 명칭물을 의미한다.
[실시형태 1]
먼저, 실시형태 1의 레독스 플로우 전지(RF 전지)(10)의 개요를 설명하고, 다음에, 부재마다 상세하게 설명한다.
도 3의 정극 탱크(16) 내 및 부극 탱크(17) 내에 나타내는 이온은, 각 극의 전해액 중에 포함하는 이온종의 일례를 나타낸다. 도 3에 있어서 실선 화살표는 충전, 파선 화살표는 방전을 의미한다.
(RF 전지의 개요)
실시형태 1의 RF 전지(10)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 전지 셀(10C)과, 전지 셀(10C)에 전해액을 순환 공급하는 순환 기구를 구비한다. 대표적으로는, RF 전지(10)는, 교류/직류 변환기(400)나 변전 설비(410) 등을 통해, 발전부(420)와, 전력 계통이나 수요가 등의 부하(440)에 접속되어, 발전부(420)를 전력 공급원으로 하여 충전을 행하고, 부하(440)를 전력 제공 대상으로 하여 방전을 행한다. 발전부(420)는, 예컨대, 태양광 발전기, 풍력 발전기, 그 외 일반 발전소 등을 들 수 있다.
(RF 전지의 기본 구성)
·전지 셀
전지 셀(10C)은, 정극 전해액이 공급되는 정극 전극(14)과, 부극 전해액이 공급되는 부극 전극(15)과, 정극 전극(14)과 부극 전극(15) 사이에 개재되는 격막(11)을 구비한다.
정극 전극(14) 및 부극 전극(15)은, 활물질을 포함하는 전해액이 공급되어, 활물질(이온)이 전지 반응을 행하는 반응장으로, 탄소 재료의 섬유 집합체라고 하는 다공체가 이용된다. 대표적으로는, 직사각형 형상이다(도 2).
격막(11)은, 정극 전극(14)과 부극 전극(15)을 분리하는 부재이며 미리 정해진 이온이 투과하는 부재로, 이온 교환막 등이 이용된다.
·셀 프레임
전지 셀(10C)은, 도 2에 나타내는 셀 프레임(20)을 이용하여 구성된다.
셀 프레임(20)은, 쌍극판(21)과, 쌍극판(21)의 둘레 가장자리부에 마련되는 프레임(22)을 갖는다.
쌍극판(21)은, 한쪽의 면에 정극 전극(14)이 배치되고, 다른쪽의 면에 부극 전극(15)이 배치되어, 전류를 흐르게 하지만 전해액을 통과시키지 않는 도전성 부재이다. 쌍극판(21)에는 흑연 등과 유기 재료를 포함하는 도전성 플라스틱판 등이 이용된다. 대표적으로는, 직사각형 형상이다(도 2).
프레임(22)은 창부(22w)를 구비한다. 창부(22w)의 내측에 쌍극판(21)과, 정극 전극(14), 부극 전극(15)이 배치된다. 프레임(22)은 정극 전극(14) 및 부극 전극(15)에 각각 공급되는 전해액의 공급로와, 정극 전극(14) 및 부극 전극(15)으로부터 각각 배출되는 전해액의 배출로를 구비하는 절연성 부재이다. 상기 공급로는 급액 구멍(24i, 25i)과, 급액 구멍(24i, 25i)으로부터 창부(22w)에 이르는 슬릿 등을 구비한다. 상기 배출로는 배액 구멍(24o, 25o)과, 창부(22w)로부터 배액 구멍(24o, 25o)에 이르는 슬릿 등을 구비한다.
이 예의 프레임(22)은 시일홈(250)(도 1)을 구비한다. 이 시일홈(250)은 창부(22w)를 둘러싸며, 급액 구멍(24i, 25i) 및 배액 구멍(24o, 25o)보다 외방에 마련된다. 시일홈(250)에는, O링 등의 시일 부재(50)가 감입되어, 인접하는 프레임(22, 22) 사이에 개재된다. 도 1에서는, 직사각형 형상의 창부(22w)를 둘러싸며, 급액 구멍(24i, 25i) 및 배액 구멍(24o, 25o)보다 외측에 직사각형 형상의 시일홈(250)을 구비하는 프레임(22)의 예를 나타낸다.
·셀 스택
도 3에서는 단일 전지 셀(10C)을 포함하는 단셀 전지를 나타내지만, 이 실시형태의 RF 전지(10)는 복수의 전지 셀(10C)을 구비하는 다셀 전지이다. 다셀 전지에서는 도 2에 나타내는 셀 스택(30)이라고 불리는 형태가 이용된다.
셀 스택(30)은, 대표적으로는, 프레임(22) 및 쌍극판(21)을 구비하는 셀 프레임(20)과, 정극 전극(14)과, 격막(11)과, 부극 전극(15)이 순서대로 복수 적층되는 적층체와, 정극 급배판(34) 및 부극 급배판(35)과, 적층체의 단부에 배치되는 한쌍의 엔드 플레이트(32, 32)와, 엔드 플레이트(32, 32) 사이를 연통하는 장볼트 등의 체결축(33) 및 너트 등의 체결 부재를 구비한다. 적층체를 사이에 끼우도록 정극 급배판(34) 및 부극 급배판(35)이 적층되고, 이 조직물을 사이에 끼우도록 엔드 플레이트(32, 32)가 배치되어, 체결 부재로 일체화된다.
정극 급배판(34) 및 부극 급배판(35)은 각각, 적층된 복수의 셀 프레임(20)의 급액 구멍(24i, 25i) 및 배액 구멍(24o, 25o)에 의해 각각 형성되는 전해액의 유통 관로에 접속된다.
정극 급배판(34)은 정극 전극(14)에 정극 전해액을 공급하고, 또한 정극 전극(14)으로부터의 정극 전해액을 배출한다.
부극 급배판(35)은 부극 전극(15)에 부극 전해액을 공급하고, 또한 부극 전극(15)으로부터의 부극 전해액을 배출한다.
체결 부재에 의해 엔드 플레이트(32, 32) 사이가 조여지면, 적층체는, 그 적층 방향으로 조여지는 압력에 의해 적층 상태가 유지된다. 이 적층 방향의 조임력에 의해, 전술한 프레임(22, 22) 사이의 시일 부재(50)가 압박되어, 프레임(22, 22) 사이가 액밀하게 유지된다.
셀 스택(30)은 도 2에 나타내는 바와 같이, 미리 정해진 수의 전지 셀(10C)을 서브 셀 스택(300)으로 하여, 복수(도 2에서는 2개)의 서브 셀 스택(300)을 적층한 형태로 이용되는 경우가 있다. 대표적으로는, 서브 셀 스택(300)마다 정극 급배판(34) 및 부극 급배판(35)을 구비한다.
서브 셀 스택(300)이나 셀 스택(30)에 있어서의 전지 셀(10C)의 적층 방향의 양단부에 위치하는 셀 프레임에는, 쌍극판(21) 대신에 집전판(도시하지 않음)이 배치된 것이 이용된다.
·순환 기구
순환 기구는 도 3에 나타내는 바와 같이 정극 전극(14)에 순환 공급하는 정극 전해액을 저류하는 정극 탱크(16)와, 부극 전극(15)에 순환 공급하는 부극 전해액을 저류하는 부극 탱크(17)와, 정극 탱크(16)와 전지 셀(10C)[셀 스택(30)] 사이를 접속하는 배관(162, 164)과, 부극 탱크(17)와 전지 셀(10C)[셀 스택(30)] 사이를 접속하는 배관(172, 174)과, 전지 셀(10C)에의 공급측의 배관(162, 172)에 마련된 펌프(160, 170)를 구비한다. 배관(162, 164)은 정극 급배판(34)에 접속되고, 배관(172, 174)은 부극 급배판(35)에 접속된다.
RF 전지(10)의 기본 구성, 재료, 전해액 등은, 공지의 구성, 재료, 전해액 등을 적절하게 이용할 수 있다.
실시형태 1의 RF 전지(10) 및 실시형태 1의 셀 스택(30)은, 특정한 형상인 실시형태 1의 프레임(22)을 구비하는 것을 특징의 하나로 한다. 구체적으로는, 프레임(22)에 마련된 창부(22w)는, 가로로 긴 또는 세로로 긴 직사각형으로 포락되는 형상이다. 이 예에서는, 창부(22w)는 도 1에 나타내는 바와 같이 가로로 긴 직사각형 형상이다. 프레임(22)은 이 창부(22w)에 있어서의 장변의 길이와, 이 장변에 대응하는 가로 프레임(22A)의 폭의 비가 특정한 범위를 만족시킨다.
구체적으로는, 프레임(22)은 도 1에 나타내는 바와 같이, 창부(22w)를 포락하는 직사각형의 장변의 길이를 A, 장변에 대응하는 가로 프레임(22A)의 폭을 B, 직사각형의 단변의 길이를 C, 단변에 대응하는 세로 프레임(22C)의 폭을 D라고 할 때, A＞C, B＞D 및 (B/A)≥0.2를 만족시키는 형상이다. 이 예의 프레임(22)은 직사각형 형상이고, 가로 프레임(22A)의 전체 길이에 걸쳐 균일적인 폭(B)을 가지고, 세로 프레임(22C)의 전체 길이에 걸쳐 균일적인 폭(D)을 가지고, 가로 프레임(22A)과 세로 프레임(22C)을 접속하는 각부가 길이(B)×길이(D)의 직사각형 형상이다.
이하, 주로 도 1을 참조하여, 실시형태 1의 프레임(22)을 상세하게 설명한다.
(프레임)
이 예의 프레임(22)은 그 중앙부에, 그 표리에 관통하는 창부(22w)를 갖는다. 이 예에서는, 창부(22w)에 쌍극판(21)을 감입함으로써 셀 프레임(20)[도 2의 우측의 프레임(22) 참조]이 구성된다. 쌍극판(21)과 프레임(22)은, 전술한 조임력에 의해 밀착 상태가 유지된다.
이 프레임(22)은, 쌍극판(21)을 지지 가능한 형상이다. 구체적으로는, 프레임(22)에 있어서의 창부(22w)의 형성 부분은, 한쪽의 면(도 1에서는 앞쪽측의 면, 도 2에서는 우측면)이 높아지는 단차 형상이다. 창부(22w)의 고단측의 개구 가장자리[상부 가장자리(22u)]는 직사각형 형상의 쌍극판(21)에 대응한 직사각형 형상이다. 이 예의 저단부(220)의 개구 가장자리[최내 가장자리(22i)]는 쌍극판(21)의 최대 외형보다 작은 직사각형 형상이다. 직사각형 프레임형의 저단부(220)는 창부(22w)에 감입된 쌍극판(21)의 둘레 가장자리부를 지지한다.
전술한 바와 같이 단차 형상이기 때문에, 프레임(22)의 한쪽의 면에 마련되는 상부 가장자리(22u)의 둘레 길이와, 다른쪽의 면에 마련되는 최내 가장자리(22i)의 둘레 길이가 상이하다. 최내 가장자리(22i)의 둘레 길이 쪽이 짧다.
이 예에서는, 창부(22w)가 직사각형 형상이기 때문에, 창부(22w)를 포락하는 직사각형의 장변의 길이(A) 및 단변의 길이(C)는 각각, 창부(22w)를 형성하는 개구 가장자리 중, 최내 가장자리(22i)가 만드는 직사각형의 장변의 길이 및 단변의 길이에 상당한다.
가로 프레임(22A)은 최내 가장자리(22i)의 장변을 한변으로 하는 직사각형의 영역이고, 그 폭(B)은 최내 가장자리(22i)의 장변으로부터, 가로 프레임(22A)의 바깥 둘레 가장자리(222)까지의 거리에 상당한다.
세로 프레임(22C)은 최내 가장자리(22i)의 단변을 한변으로 하는 직사각형의 영역이고, 그 폭(D)은 최내 가장자리(22i)의 단변으로부터 세로 프레임(22C)의 바깥 둘레 가장자리까지의 거리에 상당한다.
또한, 이 예의 프레임(22)은 가로 프레임(22A)을 포함하는 장변의 길이를 L(=A+2D), 세로 프레임(22C)을 포함하는 단변의 높이를 H(=C+2B)라고 할 때, 길이(L)는 높이(H)보다 크다(L＞H). 따라서, 이 예의 프레임(22)은, (가로 프레임(22A)의 폭(B))＞(세로 프레임(22C)의 폭(D))을 만족시키고, 애스펙트비(길이(L)/높이(H))가 1 초과인 가로로 긴 직사각형이라고 할 수 있다.
·가로 프레임
프레임(22)은 (가로 프레임(22A)의 폭(B))/(창부(22w)의 장변의 길이(A))가 0.2 이상을 만족시킨다. 정성적으로는, 가로 프레임(22A)은 가로로 긴 창부(22w)의 장변에 대하여, 비교적 광폭이다. (B/A)≥0.2를 만족시키는 프레임(22)은, 특히 가로 프레임(22A)의 길이 방향과 직교하는 방향(도 1에서는 상하 방향)의 응력을 받아도, (B/A)가 0.2 미만인 프레임과 비교하여, 가로 프레임(22A)의 변위가 작아, 변형되기 어렵다. 이 이유를 프레임(22)의 변위량을, 양단부 고정 또한 등분포 하중에 있어서의 들보의 휨량(σ)과 등가로 간주하여 설명한다.
분포 하중을 w, 들보의 길이를 l, 들보의 영률을 E, 단면 2차 모우먼트를 I, 들보의 폭을 b, 들보의 높이를 h라고 하면, 들보의 휨의 공식에 따라,
휨량(σ)=(w×l4)/(384×E×I)이다.
단면 2차 모우먼트(I)는, I=(b×h3)/12이다.
「분포 하중(w)」을 「프레임(22)에 작용하는 응력」, 「들보의 길이(l)」를 「창부(22w)의 장변의 길이(A)」, 「들보의 영률(E)」을 「프레임(22)의 구성 재료의 영률」, 「들보의 폭(b)」을 「프레임(22)의 두께」, 「들보의 높이(h)」를 「프레임(22)의 가로 프레임의 폭(B)」으로 대체하여, 들보의 휨의 공식에, 단면 2차 모우먼트의 식을 대입하면, 프레임(22)의 변위[휨량(σ)]는 가로 프레임(22A)의 폭(B)의 3승에 반비례한다고 할 수 있다.
예컨대, 다음에 나타내는 종래의 직사각형 형상의 프레임(이하, 종래의 프레임이라고 부름)을 생각한다. 창부의 장변의 길이(A)가 900 ㎜, 가로 프레임의 폭(B)이 100 ㎜인 경우, 이 종래의 프레임의 (B/A)는 100/900, 즉 0.11이다.
(B/A)를 0.2로 한 경우의 휨량은, 종래의 프레임의 휨량에 대하여, 20％ 미만(약 17％)이다.
그 때문에, 실시형태 1의 프레임(22)은 가로 프레임(22A)의 길이 방향과 직교하는 방향의 응력을 받은 경우라도, 종래의 프레임보다 가로 프레임(22A)의 변위가 작아, 변형되기 어렵다고 할 수 있다.
다음에, 가로 프레임(22A)의 폭(B)의 크기를 조정하는 이유를 설명한다.
들보의 벤딩 모우먼트(M)는 분포 하중(w)과 들보의 길이(l)를 이용하여,
M=(w×l2)/12이다.
「들보의 길이(l)」를 「창부(22w)의 장변의 길이(A)」 또는 「창부(22w)의 단변의 길이(C)」로 대체하면, A＞C이기 때문에, 가로 프레임(22A)의 벤딩 모우먼트가 세로 프레임(22C)보다 크다. 따라서, 창부(22w)의 장변에 대응하는 가로 프레임(22A)은 단변에 대응하는 세로 프레임(22C)보다 프레임(22)의 외방을 향하여 변형되기 쉽기 때문이다.
(B/A)의 값이 클수록, 전술한 응력을 받아도 가로 프레임(22A)의 변위가 작아, 변형되기 어렵다. 특히, (B/A)의 값이 0.24 이상, 더욱 0.3 이상, 0.33 이상, 0.35 이상이면, 길이(A)의 절대값이 큰 경우라도 가로 프레임(22A)이 변형되기 어렵다. (B/A)의 값이 지나치게 크면, 프레임(22)이 지나치게 커셔 RF 전지(10)의 대형화를 초래한다. RF 전지(10)의 소형화 등을 고려하면, (B/A)의 값은 0.45 이하, 더욱 0.4 이하, 0.38 이하가 바람직하다. 들보의 휨의 공식으로부터, 길이(A)의 절대값의 4승에 비례하여, 가로 프레임(22A)의 변위(휨량)가 커지기 때문에, 길이(A)의 절대값이 500 ㎜ 이상, 더욱 600 ㎜ 이상, 700 ㎜ 이상인 경우에, (B/A)≥0.2를 만족시키는 것이 바람직하다.
(B/A)≥0.2를 만족시키지 않는 프레임, 즉, (B/A)＜0.2인 프레임에 대해서, 가로 프레임의 폭을 1.25배 이상으로 하면, 전술한 들보의 휨의 공식으로부터, 프레임의 변위는 약 1/2 이하가 되어, 가로 프레임의 변형을 절반 정도 이하로 할 수 있다. 이와 같이 치수 변경을 행함으로써, 가로 프레임의 변형을 충분히 저감할 수 있다. 예컨대, 전술한 창부의 장변의 길이(A)가 900 ㎜, 가로 프레임의 폭(B)이 100 ㎜인 종래의 프레임에 대해서, 가로 프레임의 폭(B)을 125 ㎜ 이상으로 하면, 가로 프레임의 변위를 종래의 프레임의 약 1/2 이하로 할 수 있다. 또한, 가로 프레임의 폭(B)을 180 ㎜ 이상으로 하고, (B/A)≥0.2를 만족시키면, 가로 프레임의 변위를 종래의 프레임의 1/5 미만으로 할 수 있다.
·세로 프레임
또한, 이 예의 프레임(22)은 (세로 프레임(22C)의 폭(D)/창부(22w)의 단변의 길이(C))가 0.2 이상을 만족시킨다((D/C)≥0.2). 정성적으로는, 세로 프레임(22C)은 창부(22w)의 단변에 대하여 비교적 광폭이다.
세로 프레임(22C)의 길이(C)는 가로 프레임(22A)의 길이(A)보다 짧아(A＞C), 전술한 바와 같이 가로 프레임(22A)보다 변형되기 어렵다. 그러나, 전술한 벤딩 모우먼트의 식으로부터, 길이(C)의 절대값이 크면, 세로 프레임(22C)도 변형되기 쉬워진다. (D/C)≥0.2를 만족시키는 프레임(22)은 특히 세로 프레임(22C)의 길이 방향과 직교하는 방향(도 1에서는 좌우 방향)의 응력을 받아도, (D/C)가 0.2 미만인 프레임과 비교하여, 세로 프레임(22C)의 변위가 작아, 변형되기 어렵다. (D/C)≥0.2를 만족함으로써, 길이(C)의 절대값이 큰 경우라도 세로 프레임(22C)이 변형되기 어렵다. 상한값 0.2의 한정 이유는 전술한 (B/A)의 항을 참조하면 좋다. 또한, 들보의 휨의 공식으로부터, 길이(C)의 절대값이 200 ㎜ 이상, 더욱 250 ㎜ 이상, 300 ㎜ 이상인 경우에, (D/C)≥0.2를 만족시키는 것이 바람직하다.
(D/C)의 값이 클수록, 전술한 응력을 받아도 세로 프레임(22C)의 변위가 작아, 변형되기 어렵다. (D/C)는 0.25 이상, 0.3 이상, 더욱 0.35 이상, 0.4 이상, 0.5 이상이면, 길이(C)의 절대값이 큰 경우라도 세로 프레임(22C)이 변형되기 어렵다. (D/C)의 값이 지나치게 크면, 전술한 바와 같이 RF 전지(10)의 대형화를 초래하기 때문에, (D/C)의 값은 0.6 이하, 더욱 0.57 이하, 0.53 이하가 바람직하다.
·그 외의 구성
또한, 이 예의 프레임(22)은 체결축(33)이 삽입 관통되는 관통 구멍(233)을 구비한다. 이 예에서는, 가로 프레임(22A)에 더하여, 세로 프레임(22C)에도 복수의 관통 구멍(233)을 구비한다. 또한, 프레임(22)의 각 각부에도 관통 구멍(233)을 구비한다.
관통 구멍(233)의 개수, 배치 위치, 크기, 형상 등은 적절하게 선택할 수 있다.
관통 구멍(233)의 개수가 많을수록, 관통 구멍(233)에 삽입 관통 배치되는 체결축(33)에 의해 가로 프레임(22A), 세로 프레임(22C)이 보강되며, 이들 체결축(33)에 의해 가로 프레임(22A), 세로 프레임(22C)의 외방으로의 변위가 규제된다. 그 때문에, 프레임(22)이 변형되기 어려워져 바람직하다.
가로 프레임(22A), 세로 프레임(22C)에 대하여, 각 관통 구멍(233)을 균등 배치할 수 있다. 또는, 가로 프레임(22A), 세로 프레임(22C)에 있어서 보다 변형되기 쉬운 부분(예컨대, 길이 방향의 중앙부 등)에 더욱 많은 관통 구멍(233)을 마련하여, 국소적으로 강성을 높일 수 있다.
또는, 상기 보다 변형되기 쉬운 부분에, 굵은 체결축(33)이 삽입 관통 배치되도록, 보다 큰 관통 구멍(233)을 구비할 수 있다.
복수의 관통 구멍(233)을 구비하는 경우에는, 형상, 크기를 상이하게 할 수 있다. 가로 프레임(22A)의 관통 구멍(233)과 세로 프레임(22C)의 관통 구멍(233)에 대해서, 형상, 크기, 개수를 상이하게 할 수도 있다.
관통 구멍(233)의 형상은 체결축(33)에 따라 선택한다. 도 1, 도 2에서는 환봉형의 체결축(33)에 대응하여, 관통 구멍(233)을 원 구멍으로 하지만, 사각형 형상이나 육각 형상 등의 다각 형상, 타원형 등 적절하게 변경할 수 있다.
관통 구멍(233)은 프레임(22)에 있어서의 시일홈(250)의 형성 위치보다 바깥 둘레 가장자리 근처의 영역에 구비한다. 여기서, 프레임(22)을 구비하는 RF 전지(10)나 셀 스택(30)에서는, 시일홈(250)에 배치된 시일 부재(50)보다 내측의 영역을 전해액의 충전 영역으로 한다. 상기 바깥 둘레 가장자리 근처의 영역에 관통 구멍(233)을 구비함으로써, 관통 구멍(233)에 삽입 관통 배치되는 체결축(33)은, 실질적으로 전해액에 접촉하지 않는다. 그 때문에, 산성의 전해액에 의해 용해할 수 있는 금속제의 체결축(33)이어도 이용할 수 있다.
·두께
프레임(22)은 그 두께가 두꺼울수록 강성이 높아져 변형되기 어렵지만(전술한 단면 2차 모우먼트의 식에 있어서의 「들보의 폭(b)」 참조), 지나치게 두꺼우면, 프레임(22)이 커지고, 나아가서는 RF 전지(10)의 대형화를 초래한다. 또한, 프레임(22)의 두께는 적층체에 전술한 조임력이 부하된 상태에 있어서, 정극 전극(14), 쌍극판(21), 부극 전극(15)의 합계 두께를 규제한다.
따라서, 프레임(22)의 두께는 상기 3자의 합계 두께가 미리 정해진 크기를 만족키시고, 또한 대형화를 초래하지 않는 범위에서 선택하는 것이 바람직하다.
·구성 재료
프레임(22)의 구성 재료는, 절연성이 우수하며, 전해액과 반응하지 않고, 전해액에 대한 내성(내약품성, 내산성 등)을 갖는 것을 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 상기 구성 재료는 적절한 강성을 가지면, 변형되기 어려운 프레임(22)이 된다. 구체적인 구성 재료로서는, 염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등이 바람직하다.
(쌍극판)
이 예의 쌍극판(21)은 평판형의 부재이고, 그 둘레 가장자리부가 창부(22w)의 저단부(220)에 배치된다. 쌍극판(21)과 저단부(220) 사이에 시일 부재(도시하지 않음)를 개재시켜, 쌍극판(21)의 한쪽의 면측과 다른쪽의 면측 사이를 액밀하게 유지할 수 있다.
쌍극판(21)의 구성 재료는 전술한 바와 같다. 쌍극판(21)의 두께는 적절하게선택할 수 있고, 두꺼울수록 강성, 강도가 우수하고, 얇을수록 예컨대 프레임(22)의 두께도 얇게 할 수 있기 때문에, 적층체를 소형으로 할 수 있다.
(급배판)
이 예의 RF 전지(10) 및 셀 스택(30)에 구비하는 정극 급배판(34) 및 부극 급배판(35)은, 도 2에 나타내는 바와 같이 프레임(22)보다 작고, 프레임(22)의 외형과는 상이하다.
여기서, 정극 급배판(34) 및 부극 급배판(35)은, 종래, 프레임(22)과 동일한 외형, 크기로 한다. 실시형태 1의 프레임(22)은 전술한 바와 같이 광폭으로, 비교적 크기 때문에, 정극 급배판(34) 및 부극 급배판(35)의 외형을 프레임(22)의 외형에 대응하여 크게 하면, RF 전지(10) 및 셀 스택(30)의 대형화, 중량의 증대를 초래한다. 그래서, 이 예의 정극 급배판(34) 및 부극 급배판(35)은, 적층체에 있어서의 프레임(22)의 가로 프레임(22A)의 바깥 둘레 가장자리(222)가, 정극 급배판(34)의 바깥 둘레 가장자리(342) 및 부극 급배판(35)의 바깥 둘레 가장자리(352)로부터 돌출하는 형상, 크기로 한다.
이 예의 정극 급배판(34) 및 부극 급배판(35)은 프레임(22)의 길이(L)와 같은 길이를 가지고, 프레임(22)의 높이(H)보다 짧은 높이(H45)를 갖는 가로로 긴 직사각형 형상이다. 높이(H45)는 정극 급배판(34) 및 부극 급배판(35)을 적층체에 중합시켰을 때, 바깥 둘레 가장자리(342, 352)가 적층체에 있어서의 프레임(22)의 가로 프레임(22A)의 바깥 둘레 가장자리(222)보다 내측에 위치하도록 마련되어 있다. 이 예에서는, 바깥 둘레 가장자리(342, 352)는 적층체를 구성하는 프레임(22)의 각 가로 프레임(22A)에 마련된 관통 구멍(233)보다 내측에서, 프레임(22) 상의 시일 부재(50)보다 외측에 위치한다. 따라서, 도 2에 나타내는 셀 스택(30)에서는, 정극 급배판(34) 및 부극 급배판(35)의 상하에 프레임(22)의 각 장변측에 배치되는 체결축(33)이 배치되고, 정극 급배판(34) 및 부극 급배판(35)의 배치 부분이 국소적으로 움패어 있다.
또한, 이 예의 정극 급배판(34) 및 부극 급배판(35)은 적층체에 중합시켰을 때, 정극 급배판(34) 및 부극 급배판(35)의 단변측의 영역과 프레임(22)의 단변측의 영역이 실질적으로 민면이다. 따라서, 정극 급배판(34) 및 부극 급배판(35)은 그 단변측의 영역에서의 프레임(22)의 관통 구멍(233)에 중복하는 위치에 관통 구멍을 구비한다. 이 관통 구멍에 체결축(33)이 삽입 관통 배치됨으로써, 적층체에 대하여 정극 급배판(34) 및 부극 급배판(35)이 위치 결정되어, 위치가 어긋나기 어렵다.
(효과)
실시형태 1의 프레임(22)은 가로로 긴 창부(22w)의 장변에 대응하는 가로 프레임(22A)의 폭(B)의 창부(22w)의 장변의 길이(A)에 대한 비가 0.2 이상으로, 광폭이다. 그 때문에, 가로 프레임(22A)의 길이 방향과 직교하는 방향의 응력, 예컨대, 창부(22w)의 장변을 외방으로 확장하는 응력을 받은 경우라도, 가로 프레임(22A)이 변형되기 어렵다. 이 예에서는, 프레임(22) 자체도 가로로 긴 직사각형 형상이고, 가로 프레임(22A)이 세로 프레임(22C)과 비교하여 변형되기 쉬운 형상이지만, 가로 프레임(22A)이 변형되기 어렵다.
특히, 이 예의 프레임(22)은 세로 프레임(22C)의 폭(D)의 창부(22w)의 단변의 길이(C)에 대한 비가 0.2 이상으로, 광폭이기 때문에, 세로 프레임(22C)도 변형되기 어렵다. 따라서, 프레임(22)은 그 전체가 변형되기 어렵다.
또한, 이 예의 프레임(22)은 가로 프레임(22A)에 체결축(33)의 관통 구멍(233)을 구비하고, 체결축(33)이 삽입 관통 배치됨으로써, 보강되는 것 및 외방으로의 변위가 규제되는 것으로부터도, 변형되기 어렵다. 이 예에서는, 가로 프레임(22A)뿐만 아니라, 세로 프레임(22C)에도 관통 구멍(233)을 구비하고 있어, 프레임(22) 전체가 체결축(33)에 의해 보강되고, 또한 외방으로의 변위가 규제되기 때문에, 한층 더 변형되기 어렵다.
이와 같이 변형되기 어려운 실시형태 1의 프레임(22)을 구비하는 실시형태 1의 RF 전지(10)는 운전 시, 전해액의 유통에 따른 액압 등에 의한 응력이 작용한 경우라도, 프레임(22)이 변형되기 어려워, 내압성이 우수하다. 또한, 실시형태 1의 RF 전지(10)는 가로 프레임(22A)이 전해액의 유통 방향과 직교하도록 프레임(22)을 배치하거나, RF 전지(10)를 횡장으로 설치하거나 하는 등 하여도, 프레임(22)이 변형되기 어렵다. 실시형태 1의 셀 스택(30)은 이와 같이 프레임(22)이 변형되기 어려운 RF 전지(10)를 구축할 수 있다.
그 외, 이 예의 RF 전지(10) 및 셀 스택(30)은 비교적 큰 프레임(22)의 적층체를 구비하지만, 정극 급배판(34) 및 부극 급배판(35)의 크기를 적층체보다 작게 함으로써, 경량화를 도모할 수 있다.
[변형예]
실시형태 1에 대하여, 이하 중 적어도 하나의 변경이 가능하다.
(I) (D/C)＜0.2로 한다.
(II) 프레임(22) 및 창부(22w)를 직사각형 이외의 형상으로 한다.
예컨대, 각부를 둥글게 한 직사각형 형상, 직사각형과 반원호를 조합하여 이루어지는 레이스 트랙형, 타원형 등으로서, 포락하는 직사각형의 장변의 길이(A)＞단변의 길이(C)를 만족시키는 것이 바람직하다.
(III) 관통 구멍(233)을 가로 프레임(22A)에만 또는 세로 프레임(22C)에만 구비한다.
변형되기 쉬운 가로 프레임(22A)에 관통 구멍(233)을 구비하면, 전술한 바와 같이 가로 프레임(22A)이 변형되기 어려워 바람직하다.
(IV) 관통 구멍(233)을 생략한다.
(V) 정극 급배판(34) 및 부극 급배판(35)의 길이를 프레임(22)의 길이(L)보다 짧게 하고, 정극 급배판(34) 및 부극 급배판(35)의 관통 구멍을 생략한다.
예컨대, 정극 급배판(34) 및 부극 급배판(35)을 적층체에 중합시켰을 때, 정극 급배판(34) 및 부극 급배판(35)의 단변측의 바깥 둘레 가장자리가, 각 세로 프레임(22C)에 마련된 관통 구멍(233)보다 내측에서, 프레임(22) 상의 시일 부재(50)보다 외측에 위치하도록, 정극 급배판(34) 및 부극 급배판(35)의 길이를 조정하면 좋다.
(VI) 프레임(22)이 창부를 갖는 한쌍의 프레임편을 구비하고, 양프레임편에 있어서의 개구 가장자리 근방에서 쌍극판(21)의 둘레 가장자리부를 사이에 끼운다. 이 형태는 실시형태 1과 마찬가지로 전술한 조임력에 의해 유지된다. 각 프레임편에 있어서의 쌍극판(21)을 협지하는 면 중, 개구 가장자리 근방에는 쌍극판(21)의 둘레 가장자리부를 감입하는 오목부를 구비할 수 있다.
본 발명은 이들 예시에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 의해 나타나며, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
10 레독스 플로우 전지(RF 전지)
10C 전지 셀 11 격막 14 정극 전극 15 부극 전극
16 정극 탱크 17 부극 탱크 160, 170 펌프
162, 164, 172, 174 배관
20 셀 프레임 21 쌍극판 22 프레임
22A 가로 프레임 22C 세로 프레임 22w 창부
222 바깥 둘레 가장자리 22u 상부 가장자리 22i 최내 가장자리
24i, 25i 급액 구멍 24o, 25o 배액 구멍
220 저단부 233 관통 구멍 250 시일홈
30 셀 스택 300 서브 셀 스택
32 엔드 플레이트 33 체결축
34 정극 급배판 35 부극 급배판 342, 352 바깥 둘레 가장자리
50 시일 부재
A 장변의 길이 B 가로 프레임의 폭 C 단변의 길이 D 세로 프레임의 폭
L 프레임의 길이 H 프레임의 높이
400 교류/직류 변환기 410 변전 설비 420 발전부 440 부하

Claims (9)

  1. 창부를 구비하는 레독스 플로우(redox flow) 전지용 프레임으로서,
    상기 창부를 포락하는 직사각형의 장변의 길이를 A, 상기 장변에 대응하는 상기 프레임의 가로 프레임의 폭을 B, 상기 직사각형의 단변의 길이를 C, 상기 단변에 대응하는 상기 프레임의 세로 프레임의 폭을 D라고 할 때,
    A＞C, B＞D 및 (B/A)≥0.2를 만족시키는 것인 레독스 플로우 전지용 프레임.
  2. 제1항에 있어서,
    (D/C)≥0.2를 만족시키는 것인 레독스 플로우 전지용 프레임.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레독스 플로우 전지용 프레임 및 상기 창부가 직사각형 형상이고, 상기 레독스 플로우 전지용 프레임에 있어서의 상기 가로 프레임을 포함하는 장변의 길이를 L, 상기 세로 프레임을 포함하는 단변의 높이를 H라고 할 때, L＞H를 만족시키는 것인 레독스 플로우 전지용 프레임.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 레독스 플로우 전지용 프레임 및 상기 창부가 직사각형 형상이고, 상기 레독스 플로우 전지용 프레임에 있어서의 상기 가로 프레임을 포함하는 장변의 길이를 L, 상기 세로 프레임을 포함하는 단변의 높이를 H라고 할 때, L＞H를 만족시키는 것인 레독스 플로우 전지용 프레임.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가로 프레임은 체결축이 삽입 관통되는 관통 구멍을 구비하는 것인 레독스 플로우 전지용 프레임.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 레독스 플로우 전지용 프레임을 구비하는 것인 레독스 플로우 전지.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 레독스 플로우 전지용 프레임 및 상기 창부의 내측에 배치되는 쌍극판과, 정극 전극과, 격막과, 부극 전극이 순서대로 복수 적층되고, 이 적층 방향으로 조이는 압력에 의해 적층 상태가 유지되는 적층체와,
    상기 적층체와 함께 적층되는 정극 급배판 및 부극 급배판을 포함하고,
    상기 적층체에 있어서의 상기 프레임의 가로 프레임의 바깥 둘레 가장자리가, 상기 정극 급배판의 바깥 둘레 가장자리 및 상기 부극 급배판의 바깥 둘레 가장자리로부터 돌출하고 있는 것인 레독스 플로우 전지.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 레독스 플로우 전지용 프레임을 구비하는 셀 스택.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 레독스 플로우 전지용 프레임 및 상기 창부의 내측에 배치되는 쌍극판과, 정극 전극과, 격막과, 부극 전극이 순서대로 복수 적층되고, 이 적층 방향으로 조이는 압력에 의해 적층 상태가 유지되는 적층체와,
    상기 적층체와 함께 적층되는 정극 급배판 및 부극 급배판을 포함하고,
    상기 적층체에 있어서의 상기 프레임의 가로 프레임의 바깥 둘레 가장자리가, 상기 정극 급배판의 바깥 둘레 가장자리 및 상기 부극 급배판의 바깥 둘레 가장자리로부터 돌출하고 있는 것인 셀 스택.
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