KR102308408B1 - 전해액 열교환 구조체 및 이를 이용한 레독스흐름전지 시스템 - Google Patents

전해액 열교환 구조체 및 이를 이용한 레독스흐름전지 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102308408B1
KR102308408B1 KR1020200019769A KR20200019769A KR102308408B1 KR 102308408 B1 KR102308408 B1 KR 102308408B1 KR 1020200019769 A KR1020200019769 A KR 1020200019769A KR 20200019769 A KR20200019769 A KR 20200019769A KR 102308408 B1 KR102308408 B1 KR 102308408B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrolyte
heat exchange
tube
flow battery
cell
Prior art date
Application number
KR1020200019769A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210105474A (ko
Inventor
나경록
송승희
박지은
이호민
김수환
이상훈
Original Assignee
주식회사 코리드에너지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 코리드에너지 filed Critical 주식회사 코리드에너지
Priority to KR1020200019769A priority Critical patent/KR102308408B1/ko
Priority to PCT/KR2020/002550 priority patent/WO2021091025A1/ko
Publication of KR20210105474A publication Critical patent/KR20210105474A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102308408B1 publication Critical patent/KR102308408B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04276—Arrangements for managing the electrolyte stream, e.g. heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2455—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with liquid, solid or electrolyte-charged reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2459—Comprising electrode layers with interposed electrolyte compartment with possible electrolyte supply or circulation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명에 의하면, 레독스흐름전지에 공급되는 전해액이 저장되는 전해액탱크와; 내관과 외관의 이중관 구조를 가지고 전해액탱크의 외주면에 나선 형상으로 구성되며 내관에는 레독스흐름전지로부터 유출되는 전해액이 유입되고 외관에는 열교환기로부터 냉각된 냉각수가 순환되도록 하여 전해액이 냉각수에 의해 열교환된 후 전해액탱크에 공급되도록 하는 열교환관을 포함하는 전해액 열교환 구조체가 제공된다.

Description

전해액 열교환 구조체 및 이를 이용한 레독스흐름전지 시스템{Electrolyte heat exchanging structure and redox flow battery system using thereof}
본 발명은 전해액 열교환 구조체 및 이를 이용한 레독스흐름전지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전해액탱크의 외주면에 이중관 구조의 열교환관이 나선 형상으로 구성되고 내관에는 전해액이 이동되도록 하고 외관에는 냉각수가 순환되도록 하여 레독스흐름전지로부터 유출되는 전해액이 열교환관에 의해 열교환된 후 전해액탱크로 유입되도록 할 수 있는 전해액 열교환 구조체 및 이를 이용한 레독스흐름전지 시스템에 관한 것이다.
최근 지구 온난화의 주요 원인인 온실가스 배출을 억제하기 위한 방법으로, 태양광 에너지 또는 풍력 에너지 등과 같은 재생 에너지가 각광받고 있으며 이들의 실용화 보급을 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 이와 같은 재생 에너지는 입지환경이나 자연조건에 의해 큰 영향을 받는다. 더욱이, 재생 에너지는 출력 변동이 심하기 때문에 에너지를 연속적으로 고르게 공급할 수 없는 단점이 있다.
이에, 에너지의 출력을 고르게 하기 위해서 출력이 높을 때에는 에너지를 저장하고 출력이 낮을 때에는 저장된 에너지를 사용할 수 있는 저장장치의 개발이 중요시 되고 있으며, 이와 같은 대표적인 대용량 저장장치로 레독스흐름전지(RFB;Redox Flow Battery) 등이 있다.
레독스흐름전지의 경우, 공개특허 제10-2011-116624호 등에 개시된 바와 같이, 하나의 바이폴라플레이트 양측면에 한 쌍의 플로우셀이 결합되면서 구성되는 셀프레임들이 반복적으로 적층되어 대용량화가 가능하고 대형화에 유리하며 용량 증설이 용이하고 상온에서 동작하며 초기비용이 저렴한 장점을 가지고 있다.
여기서, 레독스흐름전지는, 전해액탱크로부터 전해액이 순환되는 구조를 가지고 있는데, 운전시 에너지 효율에서 손실되는 부분이 열로 발생하며, 이때 석출이 생성되는 문제점이 있다.
한편, 상기와 같이 생성되는 석출은, 전기용량 감소나 시스템 내구성을 저하시키는 문제점을 유발시키게 되므로, 전해액의 온도 관리가 매우 중요하고, 이에, 전해액의 온도를 조절하기 위한 열교환장치가 필수적으로 설치되어야 한다.
종래의 레독스흐름전지 시스템은, 대부분 전해액탱크와 레독스흐름전지 사이에 열교환장치가 구성된 후 레독스흐름전지로부터 유출되는 전해액이 열교환장치에 유입되고 열교환된 후 전해액탱크로 유입되도록 하는 구성을 가지고 있다.
이에, 레독스흐름전지 시스템의 전기용량이나 전해액의 사용량에 따라 열교환장치의 크기나 부피도 증가하게 되므로, 상기와 같이 열교환장치가 별도로 구성되는 경우 장소의 제약이 발생되는 문제점이 있다.
또한, 장소 제약을 해결하기 위하여 열교환장치나 열교환관을 전해액탱크의 내부에 위치시키기도 하지만, 그 작업이 너무 복잡하고 시간도 많이 소요되며 전해액탱크 내부에서 열교환관 등에 누수가 발생되는 경우 전해액이 오염되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 전해액탱크의 외주면에 이중관 구조의 열교환관이 나선 형상으로 구성되고 내관에는 전해액이 이동되도록 하고 외관에는 냉각수가 순환되도록 하여 레독스흐름전지로부터 유출되는 전해액이 열교환관에 의해 열교환된 후 전해액탱크로 유입되도록 할 수 있는 전해액 열교환 구조체 및 이를 이용한 레독스흐름전지 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 하나의 아우터프레임 배면에 바이폴라플레이트가 위치되고 이너프레임이 바이폴라플레이트를 커버하면서 아우터프레임의 배면에 인터로킹 결합되어 하나의 셀프레임으로 조립되며 어느 하나의 셀프레임 배면에 다른 하나의 셀프레임 정면이 인터로킹 결합되면서 밀봉부재나 접착부재 없이도 밀봉이 가능한 스택을 조립한 레독스흐름전지를 제공할 수 있는 전해액 열교환 구조체 및 이를 이용한 레독스흐름전지 시스템을 제공하는 것이다.
한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의하면, 레독스흐름전지에 공급되는 전해액이 저장되는 전해액탱크와; 내관과 외관의 이중관 구조를 가지고 전해액탱크의 외주면에 나선 형상으로 구성되며 내관에는 레독스흐름전지로부터 유출되는 전해액이 유입되고 외관에는 열교환기로부터 냉각된 냉각수가 순환되도록 하여 전해액이 냉각수에 의해 열교환된 후 전해액탱크에 공급되도록 하는 열교환관을 포함하는 전해액 열교환 구조체가 제공된다.
여기서, 전해액탱크는, 통체 구조를 가지고 전해액이 저장되는 하우징과; 하우징의 외주면에 열교환관의 직경에 대응되는 요홈을 가지면서 나선 형상으로 형성되어 열교환관이 끼움 안착되도록 하는 설치라인을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 하우징은, 설치라인의 표면에 열전도코팅층이 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 열교환관은, 플렉시블한 합성수지 재질을 가지는 이중관에 테프론이 코팅된 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 의하면, 상기와 같은 구성을 가지는 전해액 열교환 구조체와; 레독스흐름전지를 포함하고, 레독스흐름전지는, 복수개의 셀프레임들이 연속 배열되어 전해질의 유동에 따라 방전을 가능하게 하는 스택; 스택의 양측단에 구성되어 외부로부터 스택을 보호하는 한 쌍의 엔드플레이트; 및 엔드플레이트에 위치된 상태에서 스택의 복수개의 셀프레임들의 양극단자와 음극단자 각각에 전기적으로 접속 구성되어 전해질의 유동에 따라 방전 동작되는 셀프레임들 전체의 전하를 집전하는 전극판을 포함하는 레독스흐름전지 시스템이 제공된다.
여기서, 셀프레임은, 중앙이 사각형으로 개구된 사각패널 형상을 가지는 아우터프레임과; 사각틀 형상을 가지는 이너프레임을 포함하고, 아우터프레임의 배면 개구부위에 이너프레임이 인터로킹 결합되어 플로우셀을 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 플로우셀은, 아우터프레임의 배면 개구부위에 바이폴라플레이트의 정면 가장자리가 안착된 상태에서 이너프레임(200)이 아우터프레임의 배면에 바이폴라플레이트의 배면 가장자리를 커버하면서 인터로킹 결합되어 셀프레임으로 조립되는 것이 바람직하다.
따라서 본 발명에 의하면, 전해액탱크의 외주면에 이중관 구조의 열교환관이 나선 형상으로 구성되고 내관에는 전해액이 이동되도록 하고 외관에는 냉각수가 순환되도록 하여 레독스흐름전지로부터 유출되는 전해액이 열교환관에 의해 열교환된 후 전해액탱크로 유입되도록 하여 장소 제약을 최소화하고 냉각수 유출에 의한 전해액 오염을 방지할 수 있다.
또한, 레독스흐름전지가 하나의 아우터프레임 배면에 바이폴라플레이트가 위치되고 이너프레임이 바이폴라플레이트를 커버하면서 아우터프레임의 배면에 인터로킹 결합되어 하나의 셀프레임으로 조립되며 어느 하나의 셀프레임 배면에 다른 하나의 셀프레임 정면이 인터로킹 결합되면서 밀봉부재나 접착부재 없이도 밀봉이 가능하게 조립되도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전해액 열교환 구조체를 이용한 레독스흐름전지 시스템의 구성을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전해액 열교환 구조체의 구성을 개략적으로 나타낸 도면;
도 3은 도 2의 전해액 열교환 구조체에 있어서 전해액탱크와 열교환관의 구조를 나타낸 도면;
도 4와 도 5는 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레독스흐름전지의 정면과 배면을 나타낸 사시도;
도 6과 도 7은 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레독스흐름전지의 정면과 배면을 나타낸 분해 사시도;
도 8과 도 9는 각각 도 6과 도 7의 레독스흐름전지에 있어서 셀프레임 구조체의 정면과 배면을 나타낸 도면; 및
도 10과 도 11은 각각 도 6과 도 7의 레독스흐름전지의 셀프레임 구조체에 양극 전해액과 음극 전해액이 흐르는 일실시예를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전해액 열교환 구조체는, 레독스흐름전지(B)에 공급되는 양극전해액이나 음극전해액이 저장되는 전해액탱크(510)와, 내관(521)과 외관(522)의 이중관 구조를 가지고 전해액탱크(510)의 외주면에 나선 형상으로 구성되며 내관(521)에는 순환펌프(530)에 의해 레독스흐름전지(B)로부터 유출되는 전해액이 유입되고 외관(522)에는 열교환기(540)로부터 냉각된 냉각수가 순환되도록 하여 전해액이 냉각수에 의해 열교환된 후 전해액탱크(510)에 공급되도록 하며 전해액탱크(510)에 보온 기능을 제공하는 열교환관(520) 등을 포함한다.
전해액탱크(510)는, 양극전해액 또는 음극전해액을 저장한 상태에서 순환펌프(530)를 통하여 레독스흐름전지(B)에 전해액을 공급하거나 레독스흐름전지(B)로부터 유출된 전해액이 저장되도록 하는 전해액저장수단으로서, 통체 구조를 가지고 전해액이 저장되는 하우징(511)과, 하우징(511)의 외주면에 열교환관(520)의 직경에 대응되는 요홈을 가지면서 나선 형상으로 형성되어 열교환관(520)이 끼움 안착되도록 하는 설치라인(512) 등을 포함한다.
하우징(511)은, 전해액이 레독스흐름전지(B)로 공급되도록 하는 공급관(513)과, 전해액이 열교환관(520)으로부터 내부로 유입되도록 하는 유입관(514) 등을 포함한다.
여기서, 하우징(511)은, 저장 중인 전해액의 수위를 측정하는 수위센서와, 내부의 가스 등을 외부로 배출시키는 환기팬 등을 더 포함할 수 있다.
설치라인(512)은, 하우징(511)의 외주면에 열교환관(520)의 직경에 대응되는 요홈의 단면을 가지면서 사출 등의 방식으로 형성되어, 열교환관(520)이 하우징(511)의 외주면 밖으로 노출되는 부분이 최소화되어 외부 충격에 의한 파손 가능성을 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 하우징(511)은, 적어도 설치라인(512)가 형성되는 부분이나 설치라인(512)의 표면에 열교환관(520)의 외관(522)부터 전달되는 냉각수의 열이 하우징(511)에 신속하게 전도 및 확산되도록 하는 열전도코팅층을 더 포함한다.
상기 열전도코팅층은, 하우징(511)의 설치라인(512)가 형성되는 부분이나 설치라인(512)의 표면에 열전도코팅재가 도포되는 것에 의해 형성된다.
여기서, 상기 열전도코팅재는, 중합체 100중량부에 열전도용 충전재 30 내지 40중량부가 첨가 및 혼합된다. 중합체는 실리콘수지(Si resin), 에폭시수지(epoxy resin), 아크릴계수지(acrylic resin), 그 혼합물 및 그 공중합체로 이루어진 군에서 선택된다. 열전도용 충전재는 제1평균입경을 갖는 제1충전재, 제2평균입경을 갖는 제2충전재 및 제3평균입경을 갖는 제3충전재를 포함하고, 제1평균입경값은 10 내지 30㎛로 나머지 평균입경값들보다 크며, 제2평균입경값을 제1평균입경값으로 나눈 값은 0.17 내지 0.26이고, 제3평균입경값을 제1평균입경값으로 나눈 값은 0.09 내지 0.11이며, 상기 제1충전재, 제2충전재 및 제3충전재의 부피저항은 104Ωcm 이상 이고, 상기 제1충전재, 제2충전재 및 제3충전재는 단경/장경의 평균값이 0.6 내지 0.8이고, 상기 제2충전재 질량의 합/제1충전재 질량의 합의 백분율은 11 내지 16이거나 제3충전재 질량의 합/제1충전재 질량의 합의 백분율은 4.2 내지 5.2이며, 제1충전재, 제2충전재 및 제3충전재는, 알루미나(Al2O3), 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 질화규소(Si3N4), 마그네시아(MgO), 베릴리아(BeO), 산화아연(ZnO), 탄화규소(SiC), 지르코니아(ZrO2) 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된다.
한편, 열전도코팅재는, 적어도 1 종의 중합체 100 질량부와, 팽창화 흑연 분말 1.5 질량부 이하와, 25 ℃ 에 있어서의 점도가 3000 mPa/s 이상이고 또한 대기압하에서의 15 ℃ 이상 100 ℃ 이하의 온도 영역에 있어서 액체인 인산에스테르 10 질량부 이상 15 질량부 이하와, BET 비표면적이 1 ㎡/g 이상인 알루미나 50 질량부 이상 90 질량부 이하와, 팽창화 흑연 분말 및 상기 알루미나를 제외한 난연성 열전도 무기 화합물 100 질량부 이상 150 질량부 이하를 포함할 수도 있다.
따라서 전해액탱크(510)에 의하면, 전해액탱크(510)의 외주면에 열교환관(520)의 열이 신속하게 흡수되도록 할 수 있고, 이를 통하여, 전해액탱크(510)에 저장된 전해액이 일정한 온도를 유지하도록 하는 보온 기능이 극대화될 수 있다.
열교환관(520)은, 전해액이 유입되는 내관(521)과 냉각수가 순환되는 외관(522)의 이중관 구조를 가지고 전해액탱크(510)의 외주면에 구성되며 레독스흐름전지(B)로부터 유출되는 전해액이 냉각수에 의해 열교환된 후 전해액탱크(510)에 공급되도록 하며 전해액탱크(510)에 보온 기능을 제공하는 열교환수단으로서, 내관(521)은 일단이 순환펌프(530)에 연결되고 타단이 전해액탱크(510)의 유입관(513)에 연결되고, 외관(522)는 일단과 타단이 각각 열교환기(540)의 연결관에 연결된다.
여기서, 열교환관(520)은, 열전도율, 내산성 및 플렉시블한 성질이 우수한 테프론 재질을 가질 수 있으며, 보다 바람직하게는, 플렉시블한 합성수지 재질을 가지는 이중관에 테프론이 코팅될 수 있다.
한편, 열교환기(540)는, 열교환관(520)의 외관(522)에 냉각수가 순환되도록 하는 냉각수 제공수단으로서, 칠러 등을 포함한 공지의 냉각 사이클로 구성되며, 열교환관(520)이 증발기의 기능을 가질 수 있다.
따라서 열교환관(520)에 의하면, 레독스흐름전지(B)로부터 유출되는 전해액이 전해액탱크(510)로 유입되기 전에 열교환관(520)의 내관(521)을 통해 이동되면서 내관(521)을 감싸는 외관(522)에 순환되는 냉각수에 의해 열교환됨으로써, 냉각수와 열교환되는 면적과 시간이 증대되어 열교환 효율이 향상될 수 있다.
또한, 열교환관(520)이 하우징(511)의 외주면에 나선 형상으로 구성됨에 따라, 하우징(511)의 내부에 구성되는 것에 비해 전해액탱크(510)의 제조 작업이 간단해지고 열교환장치의 구성에 따른 장소 제약의 문제점이 최소화될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시에에 따른 전해액 열교환 구조체의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 전해액탱크(510)에 저장된 전해액이 순환펌프(530)에 의해 레독스흐름전지(B)에 공급되어 양극 및 음극 전하가 집전된 후, 레독스흐름전지(B)로부터 순환펌프(530)에 의해 전해액이 배출된다.
이후, 레독스흐름전지(B)로부터 배출된 전해액이 전해액탱크(510)로 유입되는데, 이때, 전해액탱크(510)의 외주면에 나선 형상으로 구성된 열교환관(520)의 내관(521)로 이동되어 내관(521)의 외주면을 감싸는 외관(522)에 순환되는 냉각수에 의해 순환되면서 열교환된다.
이후, 열교환관(520)을 이동하면서 열교환된 전해액이 전해액탱크(510)에 유입된다.
따라서 본 발명에 의하면, 전해액탱크(510)의 외주면에 이중관 구조의 열교환관(520)이 나선 형상으로 구성되고 내관(521)에는 전해액이 이동되도록 하고 외관(522)에는 냉각수가 순환되도록 함으로써, 레독스흐름전지(B)로부터 유출되는 전해액이 열교환관(520)에 의해 열교환된 후 전해액탱크(510)로 유입되도록 하여 장소 제약을 최소화하고 냉각수 유출에 의한 전해액 오염을 방지할 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레독스흐름전지 시스템은, 레독스흐름전지(B), 레독스흐름전지(B)에 공급되는 양극전해액이나 음극전해액이 저장되는 전해액탱크(510) 및 내관(521)과 외관(522)의 이중관 구조를 가지고 전해액탱크(510)의 외주면에 나선 형상으로 구성되며 내관(521)에는 순환펌프(530)에 의해 레독스흐름전지(B)로부터 유출되는 전해액이 유입되고 외관(522)에는 열교환기(540)로부터 냉각된 냉각수가 순환되도록 하여 전해액이 냉각수에 의해 열교환된 후 전해액탱크(510)에 공급되도록 하며 전해액탱크(510)에 보온 기능을 제공하는 열교환관(520) 등을 포함한다.
레독스흐름전지(B)는, 복수개의 셀프레임(400)들이 연속 배열되어 전해질의 유동에 따라 방전을 가능하게 하는 스택(S), 스택(S)의 양측단에 구성되어 외부로부터 스택(S)을 보호하는 한 쌍의 엔드플레이트(P), 엔드플레이트(P)에 위치된 상태에서 스택(S)의 복수개의 셀프레임(400)들의 양극단자와 음극단자 각각에 전기적으로 접속 구성되어 전해질의 유동에 따라 방전 동작되는 셀프레임(400)들 전체의 전하를 집전하는 전극판(E) 및 엔드플레이트(P)의 외측면에 구성되어 엔드플레이트(P)와 스택(S)의 결속을 강화하는 결속강화채널(미부호) 등을 포함한다.
여기서, 셀프레임(400)은, 크게, 중앙이 사각형으로 개구된 사각패널 형상을 가지는 아우터프레임(100)과 사각틀 형상을 가지는 이너프레임(200)이 플로우셀(300)을 구성하며, 플로우셀(300)은, 아우터프레임(100)의 배면 개구부위에 바이폴라플레이트(BP)의 정면 가장자리가 안착된 상태에서 이너프레임(200)이 아우터프레임(100)의 배면에 바이폴라플레이트(BP)의 배면 가장자리를 커버하면서 인터로킹 결합되어 셀프레임(400)으로 조립된다.
또한, 셀프레임(400)은, 복수개의 셀프레임(400)들이 전단의 셀프레임(400) 배면에 후단의 셀프레임(400) 정면이 인터로킹 결합되면서 스택(S)으로 조립된다.
아우터프레임(100)은, 이너프레임(200)과 인터로킹 결합되어 플로우셀(300)을 구성하는 프레임으로서, 중앙에 개구부(101)가 형성된 사각패널 형상을 가지는 플레이트(102)를 포함한다.
또한, 아우터프레임(100)은, 플레이트(102)의 정면 가장자리에 돌출 형성되는 볼록형 밀봉라인(103), 플레이트(102)의 정면 개구부(101) 주위에 형성되어 이너프레임(200)의 배면이 안착되는 이너프레임안착면(104), 플레이트(102)의 정면 우측 모서리 하부에 관통 형성되는 양극전해액유입공(105), 플레이트(102)의 정면 우측 모서리 상부에 관통 형성되는 양극전해액유출공(106), 플레이트(102)의 정면 좌측 모서리 하부에 관통 형성되는 음극전해액유입공(107), 플레이트(102)의 정면 좌측 모서리 상부에 관통 형성되는 음극전해액유출공(108), 플레이트(102)의 정면 양극전해액유입공(105)으로부터 개구부(101)까지 돌출 형성되어 양극유로를 제공하는 볼록형 양극유입채널(109), 플레이트(102)의 정면 양극전해액유출공(105)으로부터 개구부(101)까지 돌출 형성되어 양극유로를 제공하는 볼록형 양극유출채널(110), 플레이트(102)의 정면 음극전해액유입공(107)으로부터 개구부(102)까지 돌출 형성되어 음극유로를 제공하는 볼록형 음극유입채널(111), 플레이트(102)의 정면 음극전해액유출공(108)으로부터 개구부(101)까지 돌출 형성되어 음극유로를 제공하는 볼록형 음극유출채널(112), 플레이트(102)의 이너프레임안착면(104)을 따라 개구부(101) 주위에 돌출 형성되는 볼록형 유로챔버(113), 플레이트(102)의 볼록형 유로챔버(113)와 볼록형 양극유입채널(111)이 연통되도록 볼록형 유로챔버(113)에 형성되는 정면 양극유입게이트(114), 플레이트(102)의 볼록형 유로챔버(113)와 볼록형 양극유출채널(112)이 연통되도록 볼록형 유로챔버(113)에 형성되는 정면 양극유출게이트(115), 플레이트(102)의 볼록형 유로챔버(113)와 볼록형 음극유입채널(111)이 연통되도록 볼록형 유로챔버(113)에 형성되는 정면 음극유입게이트(116) 및 플레이트(102)의 볼록형 유로챔버(113)와 볼록형 음극유출채널(112)이 연통되도록 볼록형 유로챔버(113)에 형성되는 정면 음극유출게이트(117) 등을 포함한다.
또한, 아우터프레임(100)은, 플레이트(102)의 배면 가장자리에 돌출 형성되는 오목형 밀봉라인(118), 플레이트(102)의 배면 개구부(101) 주위에 형성되어 바이폴라플레이트(BP)의 정면 가장자리가 안착되는 바이폴라안착면(119), 바이폴라안착면(119)의 가장자리를 따라 돌출 형성되어 이너프레임(200)의 오목형 아우터결합라인(203)이 바이폴라플레이트(BP)의 배면 가장자리 부위를 커버하면서 인터로킹 결합되도록 하는 볼록형 이너결합라인(120), 플레이트(102)의 배면 좌측 모서리 하부에 형성된 양극전해액유입공(105)으로부터 개구부(101)까지 돌출 형성되어 양극유로를 제공하는 오목형 양극유입채널(122), 플레이트(102)의 배면 좌측 모서리 상부에 형성된 양극전해액유출공(106)으로부터 개구부(101)까지 돌출 형성되어 양극유로를 제공하는 오목형 양극유출채널(123), 플레이트(102)의 배면 우측 모서리 하부에 형성된 음극전해액유입공(107)으로부터 개구부(101)까지 돌출 형성되어 음극유로를 제공하는 오목형 음극유입채널(124), 플레이트(102)의 배면 우측 모서리 상부에 형성된 음극전해액유출공(108)으로부터 개구부(101)까지 돌출 형성되어 음극유로를 제공하는 오목형 음극유출채널(125), 플레이트(102)의 바이폴라안착면(119)을 따라 개구부(101) 주위에 돌출 형성되는 오목형 유로챔버(126), 플레이트(102)의 오목형 유로챔버(126)와 오목형 양극유입채널(122)이 연통되도록 오목형 유로챔버(126)에 형성되는 배면 양극유입게이트(127), 플레이트(102)의 오목형 유로챔버(126)와 오목형 양극유출채널(123)이 연통되도록 오목형 유로챔버(126)에 형성되는 배면 양극유출게이트(128), 플레이트(102)의 오목형 유로챔버(126)와 오목형 음극유입채널(124)이 연통되도록 오목형 유로챔버(126)에 형성되는 배면 음극유입게이트(129) 및 플레이트(102)의 오목형 유로챔버(126)와 오목형 음극유출채널(125)이 연통되도록 오목형 유로챔버(126)에 형성되는 배면 음극유출게이트(130) 등을 포함한다.
여기서, 아우터프레임(100)은, 플레이트(102)의 배면으로부터 정면을 향해 음극전해액이 이동되도록 플레이트(102)의 정면 음극유입게이트(116)와 배면 음극유입게이트(129) 사이 및 플레이트(102)의 정면 음극유출게이트(117)와 배면 음극유출게이트(130) 사이에 각각 관통 형성되는 음극액이동공(131)을 더 포함한다.
이너프레임(200)은, 아우터프레임(100)과 인터로킹 결합되어 플로우셀(300)을 구성하며 정면이 아우터프레임(100)의 배면에 바이폴라플레이트(BP)를 커버하면서 인터로킹 결합되는 프레임으로서, 사각틀 형상을 가지는 커버(201)를 포함한다.
또한, 이너프레임(200)은, 커버(201)의 정면 가장자리 내주연에 형성되어 바이폴라플레이트(BP)의 배면 가장자리 부위에 밀착되는 밀착면(202), 커버(201)의 정면 가장자리에 돌출 형성되어 아우터프레임(100)의 볼록형 이너결합라인(120)에 인터로킹 결합되는 오목형 아우터결합라인(203), 커버(201)의 정면 오목형 아우터결합라인(203)에 형성되고 각각 배면 양극유입게이트(127)와 배면 양극유출게이트(128)에 개방 구조로 위치되어 양극전해액이 플레이트(102) 배면의 오목형 유로챔버(126)의 하부로 유입 및 바이폴라플레이트(BP)의 배면에 접촉된 후 오목형 유로챔버(126)의 상부로 유출되도록 하는 양극액유입가이드(204)와 양극액유출가이드(205) 및 커버(201)의 정면 오목형 아우터결합라인(203)에 형성되고 각각 배면 음극유입게이트(129)와 배면 음극유출게이트(130)에 폐쇄 구조로 위치되어 음극전해액이 플레이트(102) 배면의 오목형 유로챔버(126)로 유입되지 않고 음극액이동공(131)을 통하여 배면 음극유입게이트(129)로부터 정면 음극유입게이트(116)로 이동되어 플레이트(102) 정면의 볼록형 유로챔버(113)의 하부로 유입 및 바이폴라플레이트(BP)의 정면에 접촉된 후 볼록형 유로챔버(113)의 상부로 유출된 후 정면 음극유출게이트(117)로부터 배면 음극유출게이트(130)로 이동되도록 하는 음극액유입가이드(206)와 음극액유출가이드(207) 등을 포함한다.
또한, 이너프레임(200)은, 커버(201)의 배면에 해당되고 플레이트(102)의 배면에 인터로킹 결합된 상태에서 후단 플레이트 아우터프레임(100)의 이너프레임안착면(104)에 안착되는 아우터프레임안착면(208), 아우터프레임안착면(208) 주위에 형성되고 멤브레인(M)이 안착되도록 하여 전단과 후단의 바이폴라플레이트(BP) 사이에 양극전해액 반응챔버와 음극전해액 반응챔버가 확보되도록 하는 멤브레인안착면(209), 양극액유입가이드(204)와 양극액유출가이드(205)의 배면에 해당되고 각각 후단 플레이트(102)의 정면 양극유입게이트(114)와 정면 양극유출게이트(115)에 밀착되어 후단 플레이트(102) 정면과의 양극전해액이 전단 플레이트(102)의 볼록형 유로챔버(113)로 유입되지 않고 전단 플레이트(102)의 오목형 유로챔버(126)의 하부로 유입 및 바이폴라플레이트(BP)의 배면에 접촉된 후 오목형 유로챔버(126)의 상부로 유출되도록 하는 양극게이트폐쇄편(210) 및 음극액유입가이드(206)와 음극액유출가이드(207)의 배면에 해당되고 각각 후단 플레이트(102)의 정면 음극유입게이트(116)와 정면 음극유출게이트(117)에 밀착되어 후단 플레이트(102) 정면과의 음극전해액이 전단 플레이트(102)의 오목형 유로챔버(126)로 유입되지 않고 음극액이동공(131)을 통하여 전단 플레이트(102)의 볼록형 유로챔버(113) 하부로 유입 및 바이폴라플레이트(BP)의 정면에 접척된 후 볼록형 유로챔버(113)의 상부로 유출되도록 하는 음극게이트폐쇄편(211) 등을 포함한다.
이하, 플로우셀(300)의 아우터프레임(100)과 이너프레임(200)이 바이폴라플레이트(BP)와 함께 인터로킹 결합되어 셀프레임(400)으로 조립되는 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 아우터프레임(100)의 배면 바이폴라안착면(119)에 바이폴라플레이트(BP)의 정면 가장자리가 안착된다.
이후, 이너프레임(200)의 정면 밀착면(202)이 바이폴라플레이트(BP)의 배면 가장자리를 밀착하면서 오목형 아우터결합라인(203)에 아우터프레임(100)의 볼록형 이너결합라인(120)이 끼워진 후 가압되는 것을 통하여 인터로킹 결합되며, 이때, 플로우셀(300)의 배면 양극유입게이트(127)와 배면 양극유출게이트(128)에는 이너프레임(200)의 양극액유입가이드(204)와 양극액유출가이드(205)가 개방되는 구조로 위치되고, 플로우셀(300)의 배면 음극유입게이트(129)와 배면 음극유출게이트(130)에는 이너프레임(200)의 음극액유입가이드(206)와 음극액유출가이드(207)가 폐쇄되는 구조로 위치된다.
한편, 상기와 같은 복수개의 셀프레임(400)들이 전단에 위치된 셀프레임(400)의 배면과 후단에 위치된 셀프레임(400)의 정면이 상호간 인터로킹 결합되어 스택(S)으로 조립되는 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 후단 플로우셀(300-2)의 아우터프레임(100) 정면이 전단 플로우셀(300-1)의 아우터프레임(100) 배면에 밀착되면서 오목형 구성요소에 볼록형 구성요소가 끼워진 후 가압되는 것을 통하여 인터로킹 결합이 이루어진다.
보다 상세하게는, 후단 플로우셀(300-2) 볼록형 밀봉라인(103)은 전단 플로우셀(300-1)의 오목형 밀봉라인(118)에 끼워지고, 이때, 후단 플로우셀(300-2)의 이너프레임안착면(104)에 전단 플로우셀(300-1)의 이너프레임(200) 배면이 안착되고, 전단 플로우셀(300-1)과 후단 플로우셀(300-2)의 전해액유입공과 전해액유출공은 각각 상호간 연통되는 구조가 이루어진다.
또한, 후단 플로우셀(300-2)의 볼록형 양극유입채널(111)과 볼록형 양극유출채널(112)이 전단 플로우셀(300-1)의 오목형 양극유입채널(122)과 오목형 양극유출채널(123)에 끼워지고, 후단 플로우셀(300-2)의 볼록형 음극유입채널(111)과 볼록형 음극유출채널(112)이 전단 플로우셀(300-1)의 오목형 음극유입채널(124)과 오목형 음극유출채널(125)에 끼워지며, 이때, 후단 플로우셀(300-2)의 정면 양극유입게이트(114)와 정면 양극유출게이트(115)에는 전단 플로우셀(300-1)의 양극게이트폐쇄편(210)이 밀착되고, 후단 플로우셀(300-2)의 정면 음극유입게이트(116)와 정면 음극유출게이트(117)에는 전단 플로우셀(300-1)의 음극게이트폐쇄편(211)이 밀착된다.
한편, 상기와 같이 셀프레임(400)들이 연속 결합되어 스택(S) 구성시, 전단의 플로우셀(300)의 배면 멤브레인안착면(209)에 멤브레인(M)이 위치되고, 전단의 플로우셀(300)에 위치되는 바이폴라플레이트(BP)의 배면과 멤브레인(M)의 일면 및 후단의 플로우셀(300)에 위치되는 바이폴라플레이트(BP)의 정면과 멤브레인(M)의 배면에는 각각 전해액확산펠트(T)가 구성된다.
여기서, 바이폴라플레이트(BP)는, 복수개의 플로우셀(300)에 장착되고 플로우셀(300) 사이에 멤브레인(M)을 통해 분리된 상태에서 일면과 타면에 각각 양극전해액과 음극전해액의 접촉시 멤브레인(M)과 유로챔버들 사이의 반응챔버에서 발생되는 산화 및 환원 반응을 통하여 양극과 음극의 전하를 가지면서 방전을 가능하게 하는 것으로서, 공지의 구성이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 전해액확산펠트(T)는, 바이폴라플레이트(BP)의 정면과 배면에 접촉된 상태로 구성되어, 바이폴라플레이트(BP)를 따라 흐르는 전해액이 바이폴라플레이트(BP)의 전면적(全面的)에 균일하게 접촉되도록 하여 바이폴라플레이트(BP)와 멤브레인(M) 사이의 공간에서 발생되는 산화 및 환원 반응 효율이 향상되도록 함과 동시에, 상기 산화 및 환원 반응을 통해 생성되는 전하의 집진이 용이하도록 한다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 셀프레임(400)의 오목형 구성요소와 볼록형 구성요소의 삽입 및 가압을 통하여 인터로킹 결합이 이루어지는데, 이때, 볼록형 구성요소의 돌출 높이는 오목형 구성요소의 돌출 높이에 비하여, 약 1/10 내지 2/10 정도 더 높게 돌출되는 것이 바람직하며, 이에, 볼록형 구성요소가 오목형 구성요소에 삽입 및 가압시 요홈의 바닥에 끼워진 단부가 구부러지면서 변형되어 요홈의 폭으로부터 빠지지 않으면서 인터로킹이 되는 것이 좋다.
여기서, 볼록형 구성요소의 돌출 높이가 상기 범위보다 짧은 경우에는 단부의 변형 면적이 너무 적어 인터로킹 결합이 쉽게 해제되고 밀봉이 이루어지지 않으며, 돌출 높이가 상기 범위보다 긴 경우에는 오히려 단부의 변형 면적이 너무 넓어 오목형 구성요소의 요홈의 폭이 넓어지게 되어 인터로킹 결합이 이루어지지 않는 문제점이 있다.
또한, 본 발명의 셀프레임(400)은, 인터로킹 결합을 위하여 가압시 형상의 변형이 용이한 PP 등과 같은 합성수지 재질을 가지는 것이 좋다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀프레임(400)에 의해 조립된 스택(S)에 있어서 양극전해액과 음극전해액의 흐름에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 가장 앞단의 플로우셀(300) 정면 우측 모서리 하부의 양극전해액유입공(105)과 가장 뒷단의 플로우셀(300) 배면 좌측 모서리 상부의 양극전해액유출공(106)에는 양극전해액이 순환되도록 하는 양극순환펌프와 양극액탱크가 연결되고, 가장 앞단의 플로우셀(300) 정면 좌측 모서리 하부의 음극전해액유입공(107)과 가장 뒷단의 플로우셀(300) 배면 우측 모서리 상부의 음극전해액유출공(108)에는 음극전해액이 순환되도록 하는 음극순환펌프와 음극액탱크가 연결된다.
이후, 상기와 같은 상태에서, 양극순환펌프에 의해 양극액탱크로부터 가장 앞단의 플로우셀(300) 정면 우측 하부의 양극전해액유입공(105)에 유입되고, 이때, 양극전해액은 연속된 플로우셀(300)들의 양극전해액유입공(105)에 연통된 양극유입채널들 사이의 공간에 동시에 유입된다.
이후, 상기 양극전해액은, 각각의 전단 플로우셀(300-1) 배면에 위치된 오목형 양극유입채널(122)로부터 배면 양극유입게이트(127)를 경유하여 오목형 유로챔버(126)의 하부로 유입되고 바이폴라플레이트(BP)의 배면에 접촉된 후, 오목형 유로챔버(126)의 상부로 유출되고 배면 양극유출게이트(128)와 오목형 양극유출채널(123)을 경유하여 양극전해액유출공(106)으로 동시에 유출된다.
또한, 상기와 같은 상태에서, 음극순환펌프에 의해 음극액탱크로부터 가장 앞단의 플로우셀(300) 정면 좌측 하부의 음극전해액유입공(107)에 유입되고, 이때, 음극전해액은 연속된 플로우셀(300)들의 음극전해액유입공(107)에 연통된 음극유입채널들 사이의 공간에 동시에 유입된다.
이후, 상기 음극전해액은, 각각의 전단 플로우셀(300-1) 배면에 위치된 오목형 음극유입채널(124)로부터 배면 음극유입게이트(129)와 음극액이동공(131)을 경유하여 플로우셀(300)의 정면에 위치된 볼록형 유로챔버(113)의 하부로 유입되고 바이폴라플레이트(BP)의 정면에 접촉된 후, 볼록형 유로챔버(113)의 상부로 유출되고 정면 음극유출게이트(117)와 음극액이동공(131)을 경유하여 플로우셀(300)의 배면에 위치된 오목형 음극유출채널(125)과 음극전해액유출공(108)으로 동시에 유출된다.
스택(S)은, 전해질의 유동에 따라 산화 및 환원 반응되는 것을 통하여 전해질의 방전이 가능하도록 복수개의 셀프레임(100)이 스택 구조로 배열된 배터리 본체로, 아우터프레임(100)의 배면에 바이폴라플레이트(BP)의 가장자리가 안착되고, 이너프레임(200)이 바이폴라플레이트(BP)를 밀착하면서 아우터프레임(100)에 끼워진 후 가압되는 것을 통하여 인터로킹 결합되어 플로우셀(300)로 조립되며, 후단 플로우셀(300-2)의 아우터프레임(100) 정면이 전단 플로우셀(300-1)의 아우터프레임(100) 배면에 밀착되면서 오목형 구성요소에 볼록형 구성요소가 끼워진 후 가압되는 것을 통하여 인터로킹 결합이 이루어지며, 이때, 전단 플로우셀(300-1)의 배면에 멤브레인(M)이 위치되고, 전단 플로우셀(300-1)에 위치되는 바이폴라플레이트(BP)의 배면과 멤브레인(M)의 일면 및 후단 플로우셀(300-2)에 위치되는 바이폴라플레이트(BP)의 정면과 멤브레인(M)의 배면에는 각각 전해액확산펠트(T)가 구성되는 구조를 가진다.
엔드플레이트(P), 전극판(E) 및 결속강화채널(미부호)의 구성은 공지의 구성을 가질 수 있으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 레독스흐름전지(B)를 제외한, 전해액탱크(510), 열교환관(520), 열교환기(540) 및 순환펌프(530)는, 전해액 열교환 구조체와 동일하므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레독스흐름전지 시스템의 작용에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 가장 앞단의 플로우셀(300) 정면 우측 모서리 하부의 양극전해액유입공(105)과 가장 뒷단의 플로우셀(300) 배면 좌측 모서리 상부의 양극전해액유출공(106)에는 양극전해액이 순환되도록 하는 양극순환펌프와 양극액탱크가 연결되고, 가장 앞단의 플로우셀(300) 정면 좌측 모서리 하부의 음극전해액유입공(107)과 가장 뒷단의 플로우셀(300) 배면 우측 모서리 상부의 음극전해액유출공(108)에는 음극전해액이 순환되도록 하는 음극순환펌프와 음극액탱크가 연결된다.
이때, 양극액탱크와 음극액탱크의 외주면에는 각각 이중관 구조의 열교환관(520)이 구성된다.
이후, 상기와 같은 상태에서, 양극순환펌프에 의해 양극액탱크로부터 가장 앞단의 플로우셀(300) 정면 우측 하부의 양극전해액유입공(105)에 유입되고, 이때, 양극전해액은 연속된 플로우셀(300)들의 양극전해액유입공(105)에 연통된 양극유입채널들 사이의 공간에 동시에 유입된다.
이후, 상기 양극전해액은, 각각의 전단 플로우셀(300-1) 배면에 위치된 오목형 양극유입채널(122)로부터 배면 양극유입게이트(127)를 경유하여 오목형 유로챔버(126)의 하부로 유입되고 바이폴라플레이트(BP)의 배면에 접촉된 후, 오목형 유로챔버(126)의 상부로 유출되고 배면 양극유출게이트(128)와 오목형 양극유출채널(123)을 경유하여 양극전해액유출공(106)으로 동시에 유출된다.
또한, 상기와 같은 상태에서, 음극순환펌프에 의해 음극액탱크로부터 가장 앞단의 플로우셀(300) 정면 좌측 하부의 음극전해액유입공(107)에 유입되고, 이때, 음극전해액은 연속된 플로우셀(300)들의 음극전해액유입공(107)에 연통된 음극유입채널들 사이의 공간에 동시에 유입된다.
이후, 상기 음극전해액은, 각각의 전단 플로우셀(300-1) 배면에 위치된 오목형 음극유입채널(124)로부터 배면 음극유입게이트(129)와 음극액이동공(131)을 경유하여 플로우셀(300)의 정면에 위치된 볼록형 유로챔버(113)의 하부로 유입되고 바이폴라플레이트(BP)의 정면에 접촉된 후, 볼록형 유로챔버(113)의 상부로 유출되고 정면 음극유출게이트(117)와 음극액이동공(131)을 경유하여 플로우셀(300)의 배면에 위치된 오목형 음극유출채널(125)과 음극전해액유출공(108)으로 동시에 유출된다.
이에, 바이폴라플레이트(BP)와 멤브레인(M) 사이의 공간에는 각각 양극전해액과 음극전해액이 흐르게 되고, 이때, 멤브레인(M)을 사이에 두고 전해액이 산화 및 환원 반응되면서 각 바이폴라플레이트(BP)의 일면에는 양극 및 음극 전하가 집전된다.
이후, 바이폴라플레이트(BP)에 집전된 전하들은 전극판(E)에 의해 모두 집전된 후 인버터 등과 같은 변환장치에 제공되어 DC/AC로 변환된 후 각 부하에 공급된다.
한편, 상기와 같이 유출된 전해액은 각각 열교환관(520)을 따라 이동하면서 냉각수에 의해 열교환된 후 양극액탱크와 음극액탱크에 유입된다.
따라서 본 발명에 의하면, 전해액탱크(510)의 외주면에 이중관 구조의 열교환관(520)이 나선 형상으로 구성되고 내관(521)에는 전해액이 이동되도록 하고 외관(522)에는 냉각수가 순환되도록 함으로써, 레독스흐름전지(B)로부터 유출되는 전해액이 열교환관(520)에 의해 열교환된 후 전해액탱크(510)로 유입되도록 하여 장소 제약을 최소화하고 냉각수 유출에 의한 전해액 오염을 방지할 수 있다.
또한, 하나의 아우터프레임(100) 배면에 바이폴라플레이트(BP)가 위치되고 이너프레임(200)이 바이폴라플레이트(BP)를 커버하면서 아우터프레임(100)의 배면에 인터로킹 결합되어 하나의 셀프레임(400)으로 조립되며 어느 하나의 셀프레임(400) 배면에 다른 하나의 셀프레임(400) 정면이 인터로킹 결합되면서 밀봉부재나 접착부재 없이도 밀봉이 가능한 스택(S)을 조립할 수 있다.
또한, 하나의 셀프레임(400)이 상호간 대면 상태에서 결합되는 아우터프레임(100)과 이너프레임(200)로 구성됨에 따라, 종래에 비해 얇은 두께를 가지도록 할 수 있어 동일한 용량을 가지는 스택(S)을 보다 얇게 구성할 수 있다.
상술한 본 발명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구 범위와 청구 범위의 균등한 것에 의해 정해져야 한다.

Claims (7)

  1. 레독스흐름전지(B)에 공급되는 전해액이 저장되는 전해액탱크(510)와;
    내관(521)과 외관(522)의 이중관 구조를 가지고 전해액탱크(510)의 외주면에 나선 형상으로 구성되며 내관(521)에는 레독스흐름전지(B)로부터 유출되는 전해액이 유입되고 외관(522)에는 열교환기(540)로부터 냉각된 냉각수가 순환되도록 하여 전해액이 냉각수에 의해 열교환된 후 전해액탱크(510)에 공급되도록 하는 열교환관(520)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액 열교환 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 전해액탱크(510)는,
    통체 구조를 가지고 전해액이 저장되는 하우징(511)과;
    하우징(511)의 외주면에 열교환관(520)의 직경에 대응되는 요홈을 가지면서 나선 형상으로 형성되어 열교환관(520)이 끼움 안착되도록 하는 설치라인(512)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액 열교환 구조체.
  3. 제2항에 있어서, 하우징(511)은,
    설치라인(512)의 표면에 열전도코팅층이 구성되는 것을 특징으로 하는 전해액 열교환 구조체.
  4. 제2항에 있어서, 열교환관(520)은,
    플렉시블한 합성수지 재질을 가지는 이중관에 테프론이 코팅된 것을 특징으로 하는 전해액 열교환 구조체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 전해액 열교환 구조체와;
    레독스흐름전지(B)를 포함하고,
    레독스흐름전지(B)는,
    복수개의 셀프레임(400)들이 연속 배열되어 전해질의 유동에 따라 방전을 가능하게 하는 스택(S);
    스택(S)의 양측단에 구성되어 외부로부터 스택(S)을 보호하는 한 쌍의 엔드플레이트(P); 및
    엔드플레이트(P)에 위치된 상태에서 스택(S)의 복수개의 셀프레임(400)들의 양극단자와 음극단자 각각에 전기적으로 접속 구성되어 전해질의 유동에 따라 방전 동작되는 셀프레임(400)들 전체의 전하를 집전하는 전극판(E)을 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스흐름전지 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 셀프레임(400)은,
    중앙이 사각형으로 개구된 사각패널 형상을 가지는 아우터프레임(100)과;
    사각틀 형상을 가지는 이너프레임(200)을 포함하고,
    아우터프레임(100)의 배면 개구부위에 이너프레임(200)이 인터로킹 결합되어 플로우셀(300)을 구성하는 것을 특징으로 하는 레독스흐름전지 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 플로우셀(300)은,
    아우터프레임(100)의 배면 개구부위에 바이폴라플레이트(BP)의 정면 가장자리가 안착된 상태에서 이너프레임(200)이 아우터프레임(100)의 배면에 바이폴라플레이트(BP)의 배면 가장자리를 커버하면서 인터로킹 결합되어 셀프레임(400)으로 조립되는 것을 특징으로 하는 레독스흐름전지 시스템.
KR1020200019769A 2019-11-05 2020-02-18 전해액 열교환 구조체 및 이를 이용한 레독스흐름전지 시스템 KR102308408B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200019769A KR102308408B1 (ko) 2020-02-18 2020-02-18 전해액 열교환 구조체 및 이를 이용한 레독스흐름전지 시스템
PCT/KR2020/002550 WO2021091025A1 (ko) 2019-11-05 2020-02-21 전해액 열교환 구조체 및 이를 이용한 레독스흐름전지 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200019769A KR102308408B1 (ko) 2020-02-18 2020-02-18 전해액 열교환 구조체 및 이를 이용한 레독스흐름전지 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210105474A KR20210105474A (ko) 2021-08-27
KR102308408B1 true KR102308408B1 (ko) 2021-10-06

Family

ID=77504427

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200019769A KR102308408B1 (ko) 2019-11-05 2020-02-18 전해액 열교환 구조체 및 이를 이용한 레독스흐름전지 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102308408B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230169505A (ko) 2022-06-08 2023-12-18 동국대학교 산학협력단 다채널로 구성된 전해질 온도 조절부 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101551929B1 (ko) * 2013-11-29 2015-09-09 롯데케미칼 주식회사 전해액 온도 조절부를 구비한 레독스 흐름 전지

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230169505A (ko) 2022-06-08 2023-12-18 동국대학교 산학협력단 다채널로 구성된 전해질 온도 조절부 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210105474A (ko) 2021-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8323811B2 (en) Lead acid storage battery
US11024897B2 (en) Battery-cooling heat sink provided with PCM capsule
TWI342631B (en) Battery pack comprising combined temperature-controlling system
US11764423B2 (en) Battery cooling panel for electric vehicles
CN100530799C (zh) 具有内置于堆叠体中的热交换器的燃料电池
US8492019B2 (en) Extruded thermal fin for temperature control of battery cells
KR101407937B1 (ko) 균일한 유동분배 구조를 갖는 금속재 실링 고체산화물 연료전지 스택
JPS5835876A (ja) 燃料電池装置
KR102296260B1 (ko) 태양광 및 태양열을 이용한 복합에너지 생성장치
KR102308408B1 (ko) 전해액 열교환 구조체 및 이를 이용한 레독스흐름전지 시스템
CN100588014C (zh) 包括密封肋的燃料电池用的双极板
CN114586227A (zh) 电池组和包括该电池组的装置
US11276867B2 (en) Fuel cell stack and end plate
US11626601B2 (en) Hydrogen storage unit and fuel cell system
WO2021091025A1 (ko) 전해액 열교환 구조체 및 이를 이용한 레독스흐름전지 시스템
CN115968510A (zh) 燃料电池堆
KR20170079315A (ko) 차량용 열관리계 시스템
CN220400637U (zh) 散热器结构、冷却系统以及氢燃料电池
CN112640188A (zh) 包括冷却部件的电池组和包括该电池组的装置
CN220065943U (zh) 电池箱及电池包
CN220272648U (zh) 电池包
US11508973B2 (en) Fuel cell system for vehicle
KR101300160B1 (ko) 연료 전지
CN220253284U (zh) 用于氢燃料电池电堆的散热器
CN218069923U (zh) 气液分离器和具有其的车辆

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant