KR20190063959A - Module type redox flow battery - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a modular redox flow battery, which comprises: a positive electrode electrolyte tank; a negative electrode electrolyte tank; a positive electrode electrolyte; a negative electrode electrolyte; a plurality of stacks; a pipe; positive electrode and negative electrode pumps; a battery management system (BMS); and a sensor. The stacks and the BMS (500) are mounted in a stack frame (800). The positive electrode electrolyte tank and the negative electrode electrolyte tank are mounted in a tank frame (900). The stack frame (800) and the tank frame (900) are coupled. The necessary parts of a redox flow battery can be moved and installed on a module basis, thereby reducing field work.

Description

모듈형 레독스 흐름 전지 {MODULE TYPE REDOX FLOW BATTERY}Modular redox flow battery

본 발명은 모듈형 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a modular redox flow cell.

레독스 흐름 전지 시스템은 한 개 혹은 복수개의 스택, BOP(펌프, 배관, 센서, 제어장치 등), 양극과 음극 전해질 및 한 쌍의 전해질 탱크로 구성된 레독스 흐름 전지 모듈을 한개 또는 복수 개 연결하여 구성된다.The redox flow battery system comprises one or more stacks, a BOP (pump, piping, sensor, control device, etc.), a redox flow battery module comprising an anode and a cathode electrolyte and a pair of electrolyte tanks, .

BOP란 Balance of Plant의 약어로, 레독스 흐름 전지에서 스택 및 전해질을 제외한 구성 부품 또는 주변 기계 장치를 일컫는다.BOP stands for Balance of Plant, which refers to a component or peripheral machinery in a redox flow cell other than stacks and electrolytes.

레독스 흐름 전지 시스템을 제작하는 곳과 설치하는 곳이 상이하여 제작된 레독스 흐름 전지 시스템을 설치 장소로 운송하여 설치하는 것은 많은 시간과 비용이 소요된다.It is time consuming and costly to transport the redox flow battery system to the installation site because the redox flow battery system is manufactured and installed differently.

또한, 레독스 흐름 전지 시스템은 전해질을 공급하는 탱크가 외부에 노출되어 있고 스택/BOP부분과 탱크가 하나로 연결된 것이 아니라 별도로 설치되어 있는 경우가 일반적이다.Also, in the redox flow battery system, the tank for supplying the electrolyte is exposed to the outside, and the stack / BOP portion and the tank are not connected to each other but installed separately.

전해질 탱크와 나머지 부분을 한 번에 이송할 수 없어 별도로 이송한 후 현장에서 조립하여야 하고, 현장에서 배관 작업이 필요하여 설치에 많은 시간과 비용이 소요된다.Since the electrolyte tank and the remaining part can not be transferred at one time, they must be transported separately and assembled at the site.

또한, 생산 현장에서 모듈 단위로 미리 조립 후 테스트하는 것이 쉽지 않다.Also, it is not easy to test after pre-assembling module-by-module at the production site.

이에 본 발명은 모듈형 레독스 흐름전지 시스템에 관한 것으로 레독스 흐름전지를 모듈로 제작한 후, 모듈의 개수를 증가시켜 모듈들을 연동시킴으로써 출력과 에너지를 증가시킬 수 있게 하고자 하는 것이다.Accordingly, the present invention is directed to a modular redox flow battery system, in which a redox flow battery is manufactured as a module, and then the number of modules is increased to interlock the modules to increase output and energy.

공개 특허 10-2013-0132488호 (2013.12.04)에 "레독스 플로우 배터리의 확장 가능한 모듈형 반응물 스토리지를 위한 시스템 및 방법"에 특허가 공개되어 있으나, 본 발명과 같이 레독스 흐름 전지를 구성하는 부품들의 모듈에 관한 것이 아니라 제1 양극액 스토리지 모듈(anolyte storage module) 및 제1 음극액 스토리지 모듈(catholyte storage module)에 관한 것으로 차이가 있다.A system and a method for expandable modular reactant storage of a redox flow battery are disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-2013-0132488 (Dec. 31, 2013), but the redox flow battery The first anolyte storage module and the first anolyte storage module are different from each other regarding the module of the components.

공개 특허 10-2013-0132488호 (2013.12.04)Patent Document 10-2013-0132488 (2013.12.04)

본 발명은 모듈형 레독스 흐름전지 시스템에 관한 것으로 레독스 흐름전지를 모듈로 제작한 후 용량을 증가시키기 위해 모듈의 개수를 증가시킴으로써 용이하게 출력과 에너지를 증가시킬 수 있게 할 수 있도록 하고자 한다.The present invention relates to a modular redox flow battery system, and it is intended to make it possible to easily increase the output and energy by increasing the number of modules in order to increase the capacity after manufacturing the redox flow battery as a module.

본 발명은 양극 전해질 탱크, 음극 전해질 탱크, 양극 전해질, 음극 전해질, 복수 개의 스택, 배관, 양극과 음극 펌프, 배터리 관리 시스템, 센서류를 포함하는 모듈형 레독스 흐름 전지에 있어서, 스택 및 BMS(500)는 스택 프레임(800)에 장착되고, 상기 양극 전해질 탱크 및 음극 전해질 탱크는 탱크 프레임(900)에 장착되며, 상기 스택 프레임(800)과 탱크 프레임(900)이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 모듈형 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a modular redox flow cell comprising a positive electrode electrolyte tank, a negative electrode electrolyte tank, a positive electrode electrolyte, a negative electrode electrolyte, a plurality of stacks, a pipe, an anode and a cathode pump, a battery management system, Is mounted to the stack frame 800 and the anode electrolyte tank and the cathode electrolyte tank are mounted to the tank frame 900 and the stack frame 800 and the tank frame 900 are coupled to each other. Type redox flow cell.

또한, 본 발명에서 상기 양극 전해질 탱크 및 음극 전해질 탱크는 일부가 제거된 직육면체의 형태이고, 상기 일부가 제거된 곳에는 펌프를 장착할 수 있는 공간(260A)이 형성되며, 상기 공간(260A)에는 진동 흡수체를 포함하는 펌프 지지 프레임(700)이 상기 탱크 프레임(900)에 연결되어 설치되고, 상기 펌프 지지 프레임 위에 펌프가 설치될 수 있다.In addition, in the present invention, the positive electrode electrolyte tank and the negative electrode electrolyte tank are in the form of a rectangular parallelepiped in which a part is removed, and a space 260A in which the pump can be mounted is formed where the part is removed, A pump support frame 700 including a vibration absorber may be connected to the tank frame 900 and a pump may be installed on the pump support frame.

또한, 본 발명의 탱크에는 전해질이 투입되는 입구 플랜지(230A)와 전해질이 배출되는 배출 플랜지(250A)가 설치되며, 입구 플랜지(230A)가 배출 플랜지 보다 위에 설치되고, 상기 입구 플랜지(230A)에는 'ㄱ'자 형태의 배관(231A)이 연결되어 있을 수 있다.The tank of the present invention is provided with an inlet flange 230A into which electrolyte is injected and a discharge flange 250A through which electrolyte is discharged. An inlet flange 230A is installed above the discharge flange, Shaped pipe 231A may be connected.

또한, 본 발명에서 탱크의 입구 플랜지(230A) 보다 낮은 쪽에 전해질 주입 및 제거 플랜지(240A)를 추가로 포함하고, 상기 전해질 주입 및 제거 플랜지에는 딥 파이프(241A)가 연결될 수 있다.Further, in the present invention, the electrolyte injection and removal flange 240A further includes an electrolyte injection and removal flange 240A lower than the inlet flange 230A of the tank, and a dip pipe 241A may be connected to the electrolyte injection and removal flange.

또한, 본 발명에서 탱크와 스택을 연결하는 배관은 스택 및 탱크의 전해질 수위보다 높게 위치하는 것이 바람직하다.Also, in the present invention, it is preferable that the pipe connecting the tank and the stack is positioned higher than the electrolyte level of the stack and the tank.

또한, 본 발명에서 상기 스택 프레임(800)에는 누설 방지함(820)이 장착되어 스택에서 누액이 발생하는 경우 상기 누액이 상기 누설 방지함에 모이게 할 수 있다.In addition, in the present invention, when the leak prevention case 820 is installed in the stack frame 800, leakage may be collected in the leakage prevention case when leakage occurs in the stack.

또한, 본 발명에서 상기 프레임(800)의 측면 지지대에는 작은 구멍을 여러 개 뚫어 전선을 고정 하는 전선 고정 구멍(810)이 설치되어 있고, 스택 누설 방지함의 양쪽 측면에 가이드(840) 및 미끄럼 판(830)이 설치되어, 스택의 앤드판 또는 푸트(411A)의 하부의 안쪽은 가이드(840)에 의하여 안내되며 하부 단면은 미끄럼 판에서 미끄러지면서 상기 스택이 스택 누설 방지함(820) 위에 설치될 수 있다.In addition, in the present invention, the side support rods of the frame 800 are provided with wire fixing holes 810 for fixing the electric wires by punching a plurality of small holes, and the guides 840 and the sliding plates 830 is installed so that the inside of the lower end of the end plate or foot 411A of the stack is guided by the guide 840 and the lower end slides on the sliding plate so that the stack can be installed on the stack leakage preventing member 820 have.

또한, 본 발명에서 상기 미끄럼 판(830)에는 유로(831)가 존재하여 미끄럼판 위에 전해질이 떨어지더라도 유로를 따라 다시 누설 방지함(820) 안으로 들어갈 수 있다.In addition, in the present invention, the slidable plate 830 may include a flow path 831 to prevent leakage of the electrolyte on the sliding plate.

또한, 본 발명에서 상기 모듈에 전해질과 상기 전해질 온도를 낮추기 위한 냉각수와 열교환을 하게 하는 열교환기(300) 및 상기 냉각수 온도를 식히기 위한 칠러를 포함할 수 있다.In the present invention, the module may include a heat exchanger (300) for performing heat exchange with the electrolyte, the cooling water for lowering the electrolyte temperature, and a chiller for cooling the cooling water temperature.

본 발명의 모듈형 구조는 레독스 흐름전지의 필수 부품인 스택, BOP (펌프, 제어장치, 배관, 센서 등), 전해질 탱크 및 전해질을 일체형으로 포함하고 있으며 모듈 단위로 이동, 설치가 가능하도록 하여 현장 작업을 줄일 수 있다.The modular structure of the present invention includes a stack, BOP (pump, control device, piping, sensor, etc.), electrolyte tank, and electrolyte, which are integral parts of the redox flow cell, as one unit. The field work can be reduced.

또한, 본 발명은 생산 공정에서 배관 연결 등을 모듈 형태로 작업을 완료하고 현장에 운반하여 배치한 후 전기 연결만 하므로 현장에서 용이하게 설치할 수 있다.In addition, the present invention can be easily installed in the field since piping connection and the like in the production process are completed in a module form, are transported and disposed on the site, and are electrically connected.

또한, 본 발명의 모듈형 구조는 단독으로 사용할 수 있으며 이송 및 설치의 용이성을 위해 표준형 10ft 혹은 20ft 컨테이너 또는 그것을 높이 방향으로 확장한 것에 장착하여 사용할 수 있게 하였다.In addition, the modular structure of the present invention can be used singly, and it is possible to use a standard 10-ft or 20-ft container or an extension thereof in a height direction for ease of transportation and installation.

또한, 본 발명은 모듈 단위로 독립 운전이 가능하도록 하여 시스템의 일부에 문제가 생겨도 문제가 생긴 모듈만 정지가 가능하도록 하여 운전율을 높일 수 있다.In addition, the present invention enables independent operation on a module basis, so that even if a problem occurs in a part of the system, only a module having a problem can be stopped, thereby increasing the operation rate.

또한, 본 발명의 시스템의 크기를 변경할 때도 추가 설계가 필요없이 모듈의 개수만 수정하면 되므로 용이한 변경이 가능하다.Further, even when changing the size of the system of the present invention, it is possible to easily change the number of modules without modifying the number of modules without requiring additional design.

또한, 본 발명에서는 동일한 모듈을 반복하여 생산할 수 있으므로 대량 생산을 통한 생산비용 절감을 꾀할 수 있다.In addition, since the same module can be repeatedly produced in the present invention, production cost can be reduced through mass production.

도 1은 본 발명 모듈의 사시도이다.
도 2는 본 발명 모듈의 스택이 설치된 면의 도면이다.
도 3은 본 발명 모듈의 전해질 탱크에 대한 투명 사시도이다.
도 4는 펌프가 설치되는 펌프 지지 프레임의 사시도이다.
도 5는 도 1 발명 모듈 사시도의 측면도이다.
도 6은 도 1의 정면도이다.
도 7은 본 발명의 스택이 적층되는 스택 프레임(800)의 사시도이다.
도 8은 도 7의 확대 사시도이다.
도 9는 본 발명의 미끄럼 판(830)의 확대 도면이다.
도 10은 본 발명 모듈의 베이스 프레임(900)의 사시도이다.
도 11은 스택이 누설방지판 위에 설치된 사시도이다.1 is a perspective view of a module of the present invention.
Fig. 2 is a view of the surface of the module of the present invention on which the stack is installed.
3 is a transparent perspective view of an electrolyte tank of the module of the present invention.
4 is a perspective view of a pump support frame in which a pump is installed.
5 is a side view of the module perspective view of FIG.
6 is a front view of Fig.
7 is a perspective view of a stack frame 800 in which the stack of the present invention is stacked.
8 is an enlarged perspective view of Fig.
9 is an enlarged view of the sliding plate 830 of the present invention.
10 is a perspective view of a base frame 900 of the module of the present invention.
11 is a perspective view in which the stack is installed on the leakage preventing plate.

도 1은 본 발명 레독스 흐름 전지 모듈의 입체 사시도이고 본 발명은 양극과 음극 전해질 탱크 (200A, 200B), 양극과 음극 전해질, 복수 개의 스택(410A, 410B, 410C, 410D), 배관(600), 양극과 음극 펌프(도시되지 않음), BMS (500, 배터리 관리 시스템), 센서류로 이루어 진다.FIG. 1 is a perspective view of a redox flow battery module of the present invention. FIG. 1 is a perspective view of a redox flow battery module of the present invention. An anode and a cathode pump (not shown), a BMS 500 (battery management system), and a sensor.

본 발명의 모듈은 20ft 혹은 10ft의 표준 컨테이너 내부에 장착할 수 있는 크기로 구성하였다.The module of the present invention is configured to be mounted within a standard container of 20 ft or 10 ft.

본 발명의 모듈은 크게 탱크 부분이 장착되는 탱크 프레임(900)과 스택 등이 장착되는 스택 프레임(800)을 포함하는데, 두개의 프레임은 볼팅 혹은 용접 등을 이용하여 하나로 결합되어 한꺼번에 이동이 가능하게 하였다.The module of the present invention mainly includes a tank frame 900 on which a tank portion is mounted and a stack frame 800 on which a stack or the like is mounted. The two frames are joined together using bolting or welding, Respectively.

본 발명에서 탱크 2개(200A, 200B)가 나란히 위치하며 스택 및 BMS(500)가 앞쪽에 위치하도록 하여 앞쪽에서 스택 및 BMS에 접근이 가능해 유지보수가 용이하게 하였다.In the present invention, the two tanks (200A, 200B) are arranged side by side and the stack and the BMS (500) are located at the front side, so that the stack and the BMS can be accessed from the front.

도 3에 도시된 것과 같이 탱크(200A)는 공간 활용을 위하여 일부가 제거된 직육면체의 탱크로 구성하였으며, 상기 제거된 부분에 펌프를 장착할 수 있는 공간(260A)을 형성하였다. 상기 공간(260A)에는 도 4의 펌프 지지 프레임(700)이 탱크 프레임(900)과 연결되어 설치되고 그 위에 탱크(200A)가 놓여지도록 하였다.As shown in FIG. 3, the tank 200A is formed of a rectangular parallelepiped tank partially removed for space utilization, and a space 260A for mounting a pump is formed in the removed portion. In the space 260A, the pump supporting frame 700 of FIG. 4 is connected to the tank frame 900 and the tank 200A is placed thereon.

또한, 탱크는 내산성을 갖는 폴리 에틸렌(PE) 등의 재질로 제작하였으며, 벽면 두께는 최소 5mm 이상으로 제작하여 공기가 탱크 벽면을 투과하여 전해질을 산화시키는 것을 방지하였다.The tank was made of acid-resistant polyethylene (PE), and the wall thickness was made at least 5mm to prevent the air from permeating through the tank wall and oxidizing the electrolyte.

탱크가 전해질의 정압(static pressure)을 견딜 수 있도록 하기 위하여 플라스틱 탱크의 외곽을 금속의 구조물로 보강하였다.The outer surface of the plastic tank was reinforced with a metal structure so that the tank could withstand the static pressure of the electrolyte.

금속 재질은 전해질이 튀더라도 부식되지 않도록 부식 방지 도장 처리를 하였다.The metal material was painted to prevent corrosion even when the electrolyte was splashed.

상기 금속 구조물의 안쪽을 금속판으로 댄 후 이음매가 없도록 선용접 처리하여 플라스틱 탱크가 새더라도 외부의 금속 탱크가 전해질이 새는 것을 방지하는 이중 누출 방지함(double spill containment) 구조가 되도록 설계할 수 있다.A double spill containment structure may be designed to prevent the electrolyte from leaking from the outer metal tank even if the plastic tank leaks when the inner side of the metal structure is welded to the metal plate and then welded without seams.

양극과 음극 탱크를 연결하는 수위 유지 배관(630)을 설치하여 두 극 탱크의 전해질의 양을 동일하게 유지할 수 있고 이로 인하여 전해질의 균형을 맞출 수 있도록 하였다.The water level maintenance pipe 630 connecting the anode and the cathode tank can be installed to maintain the same amount of electrolyte in the two pole tanks so that the electrolyte can be balanced.

탱크 앞면의 최상단부에는 스택의 출구 배관에 의해 배출되는 전해질이 탱크로 투입되는 입구 플랜지(230A)가 설치되고 탱크의 앞면의 낮은 쪽에는 펌프의 흡입(suction) 배관(입구 배관)과 결합되어 탱크의 전해질이 배출되는 배출 플랜지(250A)가 설치된다.An inlet flange 230A for introducing the electrolyte discharged by the outlet pipe of the stack into the tank is provided at the upper end of the front surface of the tank and a suction pipe (inlet pipe) of the pump is connected to the lower surface of the tank, A discharge flange 250A for discharging the electrolyte of the electrolytic cell is installed.

입구 배관과 출구 배관의 거리가 가까우면 탱크 내부에서 전해질이 잘 섞이지 않고 스택에서 반응을 마치고 나온 전해질이 바로 다시 스택으로 유입되는 현상이 생기므로 두 배관 사이의 간격을 최대한 멀리 유지하기 위하여 스택 출구 배관에 연결되는 입구 플랜지(230A)에 배관(231A)을 추가하여 유입된 전해질이 탱크의 뒤쪽으로 갈 수 있도록 한다. When the distance between the inlet pipe and the outlet pipe is close, the electrolyte does not mix well inside the tank, and the electrolyte that has exited the reaction in the stack immediately flows back into the stack. To keep the distance between the two pipes as far as possible, A pipe 231A is added to the inlet flange 230A connected to the inlet flange 230A so that the introduced electrolyte can go to the rear of the tank.

또한, 배관(231A) 끝이 탱크 내의 전해질의 수위보다 높으면 거품이 형성되어 전해질이 산화될 수 있으며 펌프의 운전이 멈출 경우 배관에 공기가 유입되게 되므로 이를 방지하기 위하여 입구 플랜지(230A)에 연결된 배관을 전해질에 잠길 수 있는 높이까지 내려준다.If the end of the pipe 231A is higher than the level of the electrolyte in the tank, foam may be formed and the electrolyte may be oxidized. When the operation of the pump is stopped, air flows into the pipe. To a level that can be immersed in the electrolyte.

탱크에 전해질을 넣고 뺄 수 있도록 하기 위하여 탱크의 낮은 쪽에 출구 플랜지(250A)와 별도의 전해질 주입 및 제거 플랜지(240A)를 장착한 후 딥 파이프(241A)를 연결한 후 밸브를 추가한다.In order to put the electrolyte into and out of the tank, an outlet flange 250A and a separate electrolyte injection and removal flange 240A are attached to the lower side of the tank, and then a dip pipe 241A is connected and a valve is added.

상기 전해질 주입 및 제거 플랜지(240A)를 통하여 전해질을 주입할 수 있으며 또한 상기 플랜지(240A)를 펌프의 흡입부에 연결하여 탱크 안의 전해질을 제거할 수 있다.The electrolyte can be injected through the electrolyte injection and removal flange 240A and the electrolyte in the tank can be removed by connecting the flange 240A to the suction portion of the pump.

상기 탱크 안의 전해질을 최대한 많이 빼낼 수 있도록 하기 위하여 이 배관은 바닥에 가깝게 내려 설치하는 것이 바람직하다.It is preferable to install the piping close to the bottom so that the electrolyte in the tank can be drawn out as much as possible.

탱크의 상단에는 플로트 스위치(float switch)를 장착하여 전해질의 수위가 위험 수위보다 높아지면 스위치가 작동하도록 하며 이 스위치는 BMS와 연동하여 경고 신호를 생성하거나 펌프를 멈추는 등의 조치를 취할 수 있다.A float switch is installed on the top of the tank to allow the switch to operate when the electrolyte level rises above the critical level. This switch can be used in conjunction with the BMS to generate warning signals or to stop the pump.

위의 예시에서는 수직축 펌프를 사용하였으나 필요에 따라 수평으로 설치되는 마그네틱 펌프를 사용할 수 있다.In the above example, although a vertical axis pump is used, a magnetic pump installed horizontally may be used as needed.

탱크 입구 및 출구에는 밸브를 장착하여 배관의 보수 및 펌프의 교체가 가능하도록 하였다. (즉, 밸브를 잠근 후, 배관의 보수 및 펌프 교체를 한다)The tank inlet and outlet are fitted with valves to allow maintenance and pump replacement. (Ie, after closing the valve, repair the piping and replace the pump)

탱크 입구/출구의 밸브에는 리미트 스위치를 장착하여 밸브의 열림 상태를 파악하고 BMS와 연동하여 밸브가 닫혔을 때는 펌프의 작동이 불가하도록 할 수 있다The valve at the inlet / outlet of the tank is equipped with a limit switch to check the valve's open state and can interlock with the BMS to disable the pump when the valve is closed

본 발명에서는 배관의 치수 공차를 제거하기 위하여 러버 컴펜세이터(610, rubber compensator)와 같은 신축성 있는(flexible) 배관 요소를 삽입한다.In the present invention, a flexible piping element such as a rubber compensator 610 is inserted to eliminate the dimensional tolerance of the piping.

펌프 아래쪽에 드레인 밸브(650)를 장착하여 펌프 교체시 배관에 남아있는 전해질을 받을 수 있게 하였다.A drain valve (650) was installed at the bottom of the pump to allow the electrolyte remaining in the piping to be received when the pump was replaced.

펌프의 진동이 탱크에 전달되지 않도록 하고 높이 공차를 흡수할 수 있도록 펌프 지지 프레임(700)에 진동 흡수체를 추가하여 제작하였다.A vibration absorber was added to the pump support frame 700 to prevent the vibration of the pump from being transmitted to the tank and to absorb the height tolerance.

배관(600)은 스택의 양극/음극을 향하는 입구 배관 각 2세트와 양극/음극으로부터 배출되는 출구 배관 각 2 세트로 총 4 세트로 구성된다.The piping 600 is composed of two sets of inlet piping directed toward the anode / cathode of the stack and two pairs of outlet piping discharged from the anode / cathode.

배관은 PVC, PP, PE 등 내산성을 갖는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.It is preferable that the piping is made of a material having acid resistance such as PVC, PP, PE.

탱크와 스택을 연결하는 배관은 스택보다 높은 위치에 설치되고 탱크의 전해질 수위 보다 높게 위치하도록 하여 스택에 누액이 발생하거나 배관이 손상되더라도 탱크 안의 전해질이 모두 새어나오는 일이 없도록 하고자 한다.The piping connecting the tank to the stack is installed at a higher position than the stack and is positioned higher than the electrolyte level of the tank so that leakage of the electrolyte in the tank will not occur even if leakage occurs or the piping is damaged.

배관에 BMS와 연동하는 압력센서를 추가하여 배관 압력이 기준보다 높거나 낮을 경우 펌프를 정지하도록 한다.Add a pressure sensor to the piping in conjunction with the BMS to stop the pump if the piping pressure is above or below the reference.

전해질 내부의 불순물이 스택 내부로 들어가서 스택을 손상시키는 것을 방지하기 위하여 스택의 입구 포트 앞에 스트레이너(640, strainer)를 장착한다.A strainer (640) is mounted in front of the inlet port of the stack to prevent impurities inside the electrolyte from entering the stack and damaging the stack.

초기 운전시 배관에 차 있는 공기를 빼주기 위하여 배관의 가장 높은 곳에 공기 배기 밸브(670, air vent valve)를 장착하여 공기를 제거할 수 있도록 하였다. 상기 공기 배기 밸브가 없으면 펌프가 전해질을 밀어줄 수 없으며 공기 배기 밸브는 적어도 각 극마다 하나씩은 설치하였다.During the initial operation, the air vent valve (670, air vent valve) was installed at the highest position of the pipe to remove the air in the pipe. If there is no air exhaust valve, the pump can not push the electrolyte, and at least one air exhaust valve is installed for each pole.

스택 혹은 배관의 보수를 위하여 배관 각 세트의 낮은 부위에 하나 이상의 드레인 밸브 (650, drain valve)를 설치하여 전해질을 제거할 수 있도록 하였다.One or more drain valves (650) were installed on the lower part of each set of piping for the maintenance of the stack or piping to remove the electrolyte.

스택 프레임(800)에는 복수개의 스택, 스택용 배관, 열교환기, SOC 측정용 셀 및 BMS가 장착된다.In the stack frame 800, a plurality of stacks, a stack piping, a heat exchanger, a cell for SOC measurement, and a BMS are mounted.

복수 개의 스택을 전기적 요구사항에 맞추어 직렬 혹은 병렬 연결할 수 있다.Multiple stacks can be connected in series or parallel to meet electrical requirements.

스택 아래 부위에 뚜껑 없는 상자 형태의 이음매가 없는 누설 방지함 (spill containment)이 장착되어 스택에서 약간의 누액이 발생하더라도 바닥으로 떨어지지 않고 누설 방지함(820)에 모이게 된다.The bottom of the stack is fitted with a lidless box-shaped seamless spill containment to assemble in the leak-proof enclosure 820 without falling to the floor, even if some leakage from the stack occurs.

상기 프레임(800)의 측면 지지대에는 작은 구멍을 여러 개 뚫어 전선을 고정 하는 전선 고정 구멍(810)이 설치되어 있다.A wire fixing hole 810 is formed in the side support frame of the frame 800 to fix a wire by drilling a plurality of small holes.

스택이 장착되는 부분에는 가이드(840) 및 미끄럼 판(830)이 존재하여 스택을 가이드를 따라 밀어서 장착할 수 있다. 미끄럼 판(830)은 PE(폴리에틸렌), 아세탈 등의 마찰계수가 작은 매끄러운 플라스틱 판으로 제작된다.A guide 840 and a sliding plate 830 exist in a portion where the stack is mounted, so that the stack can be mounted by pushing along the guide. The sliding plate 830 is made of a smooth plastic plate having a small coefficient of friction such as PE (polyethylene), acetal, or the like.

도 11을 보면 스택의 앤드판 또는 풋(411A)의 하부의 안쪽은 가이드(840)에 안내되며 하부 단면은 미끄럼 판(830)에서 미끄러지면서 상기 스택이 스택 누설 방지함(820) 위에 설치되는 것을 알 수 있다.11, the bottom of the end plate or foot 411A of the stack is guided by the guide 840 and the lower end slides on the sliding plate 830 so that the stack is installed on the stack leakage preventing member 820 Able to know.

상기 풋은 스택이 직육면체 모양일 경우 스택의 바닥에 부착되는 레일 형태로 상기 풋에 의하여 미끄럼 판(830)에서 스택이 미끄러질수 있다. The foot may slide in the form of a rail attached to the bottom of the stack in the form of a rectangular parallelepiped, at the sliding plate 830 by the foot.

미끄럼 판(830)에는 유로(831)가 존재하여 미끄럼판 위에 전해질이 떨어지더라도 유로를 따라 다시 누설 방지함(820) 안으로 들어갈 수 있도록 하였다.The sliding plate 830 is provided with a passage 831 so that even if the electrolyte falls on the sliding plate, the sliding plate 830 can enter the leakage preventing chamber 820 again along the passage.

레독스 흐름전지 커플에 따라 온도의 요구사항이 다양하다. 바나듐 레독스 흐름전지의 경우 전해질의 온도가 40도가 넘고 충전된 상태로 일정 시간 이상 경과하면 전해질 내부의 V2O5가 석출되게 된다. 따라서, 본 발명에서는 이를 방지하기 위하여 모듈에 열교환기(300)를 추가하여 차가운 냉각수와의 열교환을 통하여 전해질의 온도를 낮출 수 있도록 하였다. 열교환기의 재질은 내산성을 갖는 재질로 선정하였다.Depending on the redox flow battery couples, the temperature requirements vary. In the case of the vanadium redox flow cell, when the temperature of the electrolyte exceeds 40 ° C. and the electrolyte is charged for a predetermined time or more, V 2 O 5 in the electrolyte is precipitated. Therefore, in the present invention, a heat exchanger (300) is added to the module so as to lower the temperature of the electrolyte through heat exchange with cold cooling water. The material of the heat exchanger was selected as acid resistant material.

전해질 온도 센서를 설치하여 BMS와 연동하여 냉각수를 식히기 위한 칠러(chiller)를 on/off 할 수 있도록 하였다.An electrolytic temperature sensor is installed to enable the chiller to be turned on / off to cool the cooling water in conjunction with the BMS.

전지의 SOC를 측정하기 위하여 배관을 분기하여 SOC 측정용 셀(660)을 장착하였으며 SOC 측정용 셀(660)은 전류가 흐르지 않고 전해질만 흐르므로 OCV (open current voltage)가 측정되며 OCV와 SOC의 상관관계로부터 SOC를 측정할 수 있다.In order to measure the SOC of the battery, the SOC measurement cell 660 is branched by branching the pipe. Since the SOC measurement cell 660 does not flow current but flows only the electrolyte, OCV (open current voltage) SOC can be measured from the correlation.

모듈 전체는 하나의 베이스 프레임(900)이 고정되어 있으며 베이스 프레임은 모듈의 무게를 지탱할 수 있을 만큼 충분한 강성을 갖게 설계되었다.The entire module has one base frame 900 fixed and the base frame is designed to have sufficient stiffness to support the weight of the module.

베이스 프레임의 네 귀퉁이에 볼트 홀(910)을 내어 고리모양의 고정지그를 결합한 후 모듈을 들어서 이동하는 것이 가능하게 하였으며 볼트 홀 뒤쪽에는 너트를 미리 용접하도록 하여 볼트가 볼트홀을 통과한 후 너트와의 결합을 용이하게 하였다.A bolt hole (910) is provided at the four corners of the base frame to join the annular fixing jig and then the module can be lifted. After the bolt is passed through the bolt hole, Lt; / RTI >

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변경이 가능하다는 것이 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.

200A, 200B: 양극/음극 탱크 210A/B: 탱크 뚜껑
220A: 탱크 몸체 230A: 입구 플랜지
240A: 전해질 주입/제거용 플랜지 250A: 출구 플랜지
300: 열교환기 410A, 410B, 410C, 410D: 스택
500: 배터리 관리 시스템 600: 배관
610: 러버 컴펜세이터 620: 펌프 드레인 밸브
630: 수위 유지 배관 640: 스트레이너
650: 배관 드레인 밸브 700: 펌프 지지 프레임200A, 200B: anode / cathode tank 210A / B: tank lid
220A: tank body 230A: inlet flange
240A: Flange for electrolyte injection / removal 250A: Outlet flange
300: heat exchanger 410A, 410B, 410C, 410D: stack
500: Battery management system 600: Piping
610: Rubber Compensator 620: Pump drain valve
630: Water level maintenance pipe 640: Strainer
650: piping drain valve 700: pump support frame

Claims (9)

양극 전해질 탱크, 음극 전해질 탱크, 양극 전해질, 음극 전해질, 복수 개의 스택, 배관, 양극과 음극 펌프, 배터리 관리 시스템(BMS), 센서류를 포함하는 모듈형 레독스 흐름 전지에 있어서,
스택 및 BMS(500)는 스택 프레임(800)에 장착되고,
상기 양극 전해질 탱크 및 음극 전해질 탱크는 탱크 프레임(900)에 장착되며,
상기 스택 프레임(800)과 탱크 프레임(900)이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 모듈형 레독스 흐름 전지.A modular redox flow cell comprising a positive electrode electrolyte tank, a negative electrode electrolyte tank, a positive electrode electrolyte, a negative electrode electrolyte, a plurality of stacks, piping, a positive electrode and negative electrode pump, a battery management system (BMS)
The stack and BMS 500 are mounted to the stack frame 800,
The positive electrode electrolyte tank and the negative electrode electrolyte tank are mounted on the tank frame 900,
Wherein the stack frame (800) and the tank frame (900) are coupled. 제1항에 있어서,
상기 양극 전해질 탱크 및 음극 전해질 탱크는 일부가 제거된 직육면체의 형태이고, 상기 일부가 제거된 곳에는 펌프를 장착할 수 있는 공간(260A)이 형성되며,
상기 공간(260A)에는 진동 흡수체를 포함하는 펌프 지지 프레임(700)이 상기 탱크 프레임(900)에 연결되어 설치되고,
상기 펌프 지지 프레임 위에 펌프가 설치되는 것을 특징으로 하는 모듈형 레독스 흐름 전지.The method according to claim 1,
The positive electrode electrolyte tank and the negative electrode electrolyte tank are in the form of a rectangular parallelepiped in which a part is removed, and a space 260A for mounting the pump is formed where the part is removed,
In the space 260A, a pump supporting frame 700 including a vibration absorbing body is connected to the tank frame 900,
Wherein the pump is mounted on the pump support frame. 제2항에 있어서,
탱크에는 전해질이 투입되는 입구 플랜지(230A)와 전해질이 배출되는 배출 플랜지(250A)가 설치되며, 입구 플랜지(230A)가 배출 플랜지 보다 위에 설치되고,
상기 입구 플랜지(230A)에는 'ㄱ'자 형태의 배관(231A)이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 모듈형 레독스 흐름 전지.3. The method of claim 2,
The tank is provided with an inlet flange 230A into which an electrolyte is injected and a discharge flange 250A through which electrolyte is discharged. An inlet flange 230A is installed above the discharge flange,
And a pipe (231A) is connected to the inlet flange (230A). 제3항에 있어서,
탱크의 입구 플랜지(230A) 보다 낮은 쪽에 전해질 주입 및 제거 플랜지(240A)를 추가로 포함하고,
상기 전해질 주입 및 제거 플랜지에는 딥 파이프(241A)가 연결된 것을 특징으로 하는 모듈형 레독스 흐름 전지.The method of claim 3,
Further includes an electrolyte injection and removal flange 240A on the lower side of the tank's inlet flange 230A,
Wherein a dip pipe (241A) is connected to the electrolyte injection and removal flange. 제1항에 있어서,
탱크와 스택을 연결하는 배관은 스택 및 탱크의 전해질 수위보다 높게 위치하는 것을 특징으로 하는 모듈형 레독스 흐름 전지.The method according to claim 1,
Wherein the piping connecting the tank to the stack is positioned higher than the electrolyte level of the stack and the tank. 제1항에 있어서,
상기 스택 프레임(800)에는 누설 방지함(820)이 장착되어 스택에서 누액이 발생하는 경우 상기 누액이 모이게 하는 것을 특징으로 모듈형 레독스 흐름 전지.The method according to claim 1,
Wherein the stack frame (800) is equipped with a leakage preventing chamber (820) to collect the leakage when leakage occurs in the stack. 제6항에 있어서
상기 프레임(800)의 측면 지지대에는 작은 구멍을 여러 개 뚫어 전선을 고정 하는 전선 고정 구멍(810)이 설치되어 있고,
스택 누설 방지함의 양쪽 측면에 가이드(840) 및 미끄럼 판(830)이 설치되어,
스택의 앤드판 또는 푸트(411A)의 하부의 안쪽은 가이드(840)에 의하여 안내되며 하부 단면은 미끄럼 판에서 미끄러지면서 상기 스택이 스택 누설 방지함(820) 위에 설치되는 것을 특징으로 모듈형 레독스 흐름 전지.The method of claim 6, wherein
A wire fixing hole 810 is formed in the side support plate of the frame 800 to fix a wire by drilling a plurality of small holes,
A guide 840 and a sliding plate 830 are provided on both sides of the stack leakage preventing housing,
The lower end of the end plate or foot 411A of the stack is guided by a guide 840 and the lower end slides on the sliding plate so that the stack is installed on the stack leakage preventing member 820. [ Flow cell. 제7항에 있어서,
상기 미끄럼 판(830)에는 유로(831)가 존재하여 미끄럼판 위에 전해질이 떨어지더라도 유로를 따라 다시 누설 방지함(820) 안으로 들어갈 수 있는 것을 특징으로 모듈형 레독스 흐름 전지.8. The method of claim 7,
Wherein the sliding plate (830) is provided with a passage (831) so that even when the electrolyte is dropped on the sliding plate, the sliding plate (830) can enter the leakage preventing chamber (820) again along the passage. 제1항에 있어서,
상기 모듈에 전해질과 상기 전해질 온도를 낮추기 위한 냉각수와 열교환을 하게 하는 열교환기(300) 및 상기 냉각수 온도를 식히기 위한 칠러를 포함하는 특징으로 모듈형 레독스 흐름 전지.
The method according to claim 1,
And a chiller for chilling the cooling water temperature. The modular redox flow cell according to claim 1, wherein the heat exchanger (300) has a function of exchanging heat with the electrolyte and the cooling water for lowering the electrolyte temperature.
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