KR20220089512A - 흐름전지 시스템 - Google Patents

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KR20220089512A
KR20220089512A KR1020200180215A KR20200180215A KR20220089512A KR 20220089512 A KR20220089512 A KR 20220089512A KR 1020200180215 A KR1020200180215 A KR 1020200180215A KR 20200180215 A KR20200180215 A KR 20200180215A KR 20220089512 A KR20220089512 A KR 20220089512A
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Abstract

본 발명은 흐름전지 시스템에 관한 것으로서, 전해액이 주입되는 유입구 및 상기 전해액이 배출되는 유출구가 형성되고, 상호 이격된 복수의 엔드플레이트와, 상기 엔드플레이트들의 상호 대향되는 내측에 각각 설치되는 복수의 집전체와, 상기 집전체들 사이에 설치되며, 상기 유입구를 통해 유입된 상기 전해액이 통과하여 상기 유출구로 배출되도록 형성되어 상호 결합된 다수의 전극셀과, 상기 전극셀들 사이에 형성되어 이온 통과를 허용하는 멤브레인이 마련된 전지모듈과, 상기 엔드플레이트의 유입구로 상기 전해액을 공급하는 전해액 공급부와, 상기 유입구를 통해 상기 엔드플레이트로 주입되는 상기 전해액의 유속을 조절하는 유속 조절부를 구비한다.
본 발명에 따른 흐름전지 시스템은 전지모듈로 주입되는 전해액의 유속을 조절할 수 있는 유속 조절부가 마련되어 있으므로 주위 환경에 따라 전해액의 유속을 조절하여 충전효율을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

Description

흐름전지 시스템{Flow battery system}
본 발명은 흐름전지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전지모듈로 주입되는 전해액의 유속을 제어하여 충전효율을 향상시킬 수 있는 흐름전지 시스템에 관한 것이다.
전력 생산의 변동성과 수급시점의 불일치 문제를 극복할 수 있는 대안으로 대용량 에너지저장 장치가 주목받고 있으며, 그 중에서도 각광받고 있는 전지가 레독스 흐름전지이다.
레독스 흐름전지는 기존 이차전지가 활물질(active material)을 포함하고 있는 전극에 전기 에너지를 저장하는 것과는 달리, 전해액에 포함되어 있는 활물질이 산화 환원(redox, reduction- oxidation)에 의해 충방전 되는 시스템으로서 활물질의 화학적 에너지를 직접 전기에너지로 저장시키는 전기화학적 축전 장치이다.
산화 환원반응을 일으키는 활물질로는 V, Fe, Cr, Ti 그리고 Sn 등이 있으며, 이러한 금속을 강산 수용액에 용해하여 전해질로 사용한다. 용매로 사용되는 물질로는 황산, 염산, 질산, 그리고 리튬이차전지에 사용되는 유기전해액 등이 있으며, 이러한 전해질은 외부 탱크에 저장되어 있거나, 스택 내부에 위치하고 있다.
일반적으로 레독스 흐름전지의 스택은 양극전극 및 바이폴라 플레이트를 포함하는 양극셀(매니폴드), 음극전극 및 바이폴라 플레이트를 포함하는 음극셀(매니폴드) 및 상기 양극셀과 음극셀을 분리시켜주는 이온교환막을 포함한다. 상기 양극셀과 음극셀은 다수 적층되어 사용될 수 있는데, 이 때 최외측 양극셀과 음극셀의 측면에는 바깥방향으로 각각 집전체 및 엔드플레이트가 놓여진다. 등록특허공보 제10-1291753호에서 레독스 흐름전지용 매니폴드 및 이를 포함하는 레독스 흐름전지가 게시되어 있다.
그러나 종래의 레독스 흐름전지는 전극셀로 유입되는 전해액의 유속을 조절할 수 있는 조절수단이 마련되어 있지 않으므로 충전효율을 향상시키는데 어려움이 있다.
등록특허공보 제10-1291753호: 션트전류 저감을 위한 레독스 흐름전지용 매니폴드 및 이를 포함하는 레독스 흐름전지
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 전지모듈로 주입되는 전해액의 유속을 조절할 수 있는 유속 조절부가 마련된 흐름전지 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 흐름전지 시스템은 전해액이 주입되는 유입구 및 상기 전해액이 배출되는 유출구가 형성되고, 상호 이격된 복수의 엔드플레이트와, 상기 엔드플레이트들의 상호 대향되는 내측에 각각 설치되는 복수의 집전체와, 상기 집전체들 사이에 설치되며, 상기 유입구를 통해 유입된 상기 전해액이 통과하여 상기 유출구로 배출되도록 형성되어 상호 결합된 다수의 전극셀과, 상기 전극셀들 사이에 형성되어 이온 통과를 허용하는 멤브레인이 마련된 전지모듈과, 상기 엔드플레이트의 유입구로 상기 전해액을 공급하는 전해액 공급부와, 상기 유입구를 통해 상기 엔드플레이트로 주입되는 상기 전해액의 유속을 조절하는 유속 조절부를 구비한다.
상기 유속 조절부는 상기 엔드플레이트에 설치되어 상기 유입구를 개폐하는 것으로서, 상기 엔드플레이 내로 유입되는 전해액의 유속을 변경할 수 있도록 상기 유입구의 개방 정도를 조절한다.
상기 전해액 공급부는 상기 전해액이 수용되는 수용탱크와, 상기 수용탱크와 엔드플레이트의 유입구에 연결되는 공급관과, 상기 공급관에 설치되어 상기 수용탱크에 수용된 전해액을 펌핑하여 상기 엔드플레이트에 공급하는 공급펌프를 구비한다.
한편, 본 발명에 따른 흐름전지 시스템은 상기 전지모듈의 충전 상태를 측정하는 상태 측정모듈을 더 구비할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 흐름전지 시스템은 상호 상이한 다수의 개방률로 상기 유입구가 개방되도록 상기 유속 조절부를 제어하고, 상기 상태 측정모듈에서 제공되는 측정 정보를 토대로 각 상기 유입구의 개방률들에 대한 상기 전지모듈의 충진 효율을 산출하는 효율 산출부를 더 구비할 수도 있다.
그리고, 본 발명에 따른 흐름전지 시스템은 상기 효율 산출부에서 제공되는 산출 정보를 토대로 상기 개방률들 중 상기 충진 효율이 가장 높은 상기 개방률로 상기 유입구가 개방되도록 상기 유속 조절부를 제어하는 제어모듈을 더 구비할 수도 있다.
상기 엔드플레이트는 상기 공급관에 인입될 수 있도록 상기 유입구의 가장자리를 따라 돌출되게 결합관부가 형성된 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 흐름전지 시스템은 상기 유속 조절부에 의한 상기 유입구의 개방율이 기설정된 기준 비율 이하일 경우, 상기 결합관부의 외주면에 상기 공급관을 밀착시키는 밀착유닛을 더 구비한다.
상기 밀착유닛은 상기 결합관부에 대응되는 상기 공급관의 외주면에 감기는 것으로서, 일단부에 길이방향으로 상호 이격되게 다수의 기어이가 형성된 타이부재와, 상기 타이부재의 타단이 고정되며, 상기 타이부재의 일단부가 관통되게 관통슬롯가 형성된 밀착블럭과, 상기 관통구에 삽입된 상기 타이부재의 기어이에 치합될 수 있도록 상기 관통슬롯 내에 회전가능하게 설치된 치합기어와, 상기 밀착블럭에 설치되어 상기 치합기어를 회전시키는 기어구동부와, 상기 유속 조절부에 의한 상기 유입구의 개방율이 기설정된 기준 비율 이하일 경우, 상기 타이부재가 상기 공급관을 조일 수 있도록 상기 타이부재의 일단부가 상기 밀착블럭으로부터 멀어지는 방향으로 이동되게 상기 기어구동부를 제어하는 구동 제어부를 구비한다.
또한, 본 발명에 따른 흐름전지 시스템은 상기 결합관과 공급관 사이에 설치되며, 내부에 주입된 공기에 의해 팽창하는 팽창튜브와, 상기 팽창튜브에 공기를 주입하는 에어 주입부와, 상기 유속 조절부에 의한 상기 유입구의 개방율이 기설정된 기준 비율 이하일 경우, 상기 결합관과 공급관 사이에 기밀을 유지할 수 있도록 상기 팽창튜브가 팽창할 수 있도록 상기 에어 주입부를 작동시키는 팽창 제어부를 더 구비할 수도 있다.
본 발명에 따른 흐름전지 시스템은 전지모듈로 주입되는 전해액의 유속을 조절할 수 있는 유속 조절부가 마련되어 있으므로 주위 환경에 따라 전해액의 유속을 조절하여 충전효율을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 흐름전지 시스템에 대한 사시도이고,
도 2는 도 1의 흐름전지 시스템에 대한 부분 단면도이고,
도 3은 도 1의 흐름전지 시스템에 대한 블럭도이고,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 흐름전지 시스템에 대한 블럭도이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 흐름전지 시스템에 대한 부분 단면도이고,
도 6은 도 5의 흐름전지 시스템의 밀착블럭에 대한 부분 단면도이고,
도 7은 도 5의 흐름전지 시스템에 대한 블럭도이고,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 흐름전지 시스템에 대한 부분 단면도이고,
도 9는 도 8의 흐름전지 시스템에 대한 블럭도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 흐름전지 시스템에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 내지 도 3에는 본 발명에 따른 흐름전지 시스템(100)이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 흐름전지 시스템(100)은 전해액이 주입되는 유입구 및 상기 전해액이 배출되는 유출구가 형성되고, 상호 이격된 복수의 엔드플레이트(111)와, 상기 엔드플레이트(111)들의 상호 대향되는 내측에 각각 설치되는 복수의 집전체(112)와, 상기 집전체(112)들 사이에 설치되며, 상기 유입구를 통해 유입된 상기 전해액이 통과하여 상기 유출구로 배출되도록 형성되어 상호 결합된 다수의 전극셀(113)과, 상기 전극셀(113)들 사이에 형성되어 이온 통과를 허용하는 멤브레인(미도시)이 마련된 전지모듈(110)과, 상기 엔드플레이트(111)의 유입구로 상기 전해액을 공급하는 전해액 공급부(120)와, 상기 유입구를 통해 상기 엔드플레이트(111)로 주입되는 상기 전해액의 유속을 조절하는 유속 조절부(180)를 구비한다.
엔드플레이트(111)는 전체적인 흐름전지의 윤곽을 형성하는 역할을 하는 것으로서, 최외각에 배치되며, 각각 전해액 유입구 및 유출구가 형성되는데, 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 통상의 플레이트에 전해액이 주입되거 배출될 수 있는 통로를 형성하면 용이하게 형성할 수 있다. 여기서, 엔드플레이트(111)는 도면에 도시되진 않았지만, 전해액 공급부(120)에서 공급되는 양극의 제1전해액이 주입되는 제1유입구와, 상기 제1전해액이 배출되는 제1유출구와, 전해액 공급부(120)에서 공급되는 음극의 제2전해액이 주입되는 제2유입구와, 상기 제2전해액이 배출되는 제2유출구가 형성된다. 이때, 상기 제1유입구는 엔드플레이트(111)의 우측 상단부에 형성되고, 제2유입구는 엔드플레이트(111)의 좌측 상단부에 형성되고, 제1유출구는 엔드플레이트(111)의 좌측 하단부에 형성되고, 제2유출구는 엔드플레이트(111)의 우측 하단부에 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 엔드플레이트(111)는 후술되는 전해액 공급부(120)의 제1 및 제2공급관(133,134)에 인입될 수 있도록 상기 유입구의 가장자리를 따라 돌출되게 결합관부(115)가 형성되어 있다. 상기 결합관부(115)는 도면에 도시되진 않았지만, 엔드플레이트(111)의 제1 및 제2유입구에 대해 외측으로 돌출되며, 제1 및 제2유입구의 내경에 대응되는 내경을 갖고, 후술되는 공급관의 내경에 대응되는 외경을 갖는 관형으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 엔드플레이트(111)는 절연체를 사용하여 형성되는데, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스틸렌(PS) 및 염화비닐(PVC) 등의 고분자를 사용하여 형성될 수 있다.
집전체(112)는 상호 대향되는 엔드플레이트(111)의 내측면에 각각 설치된다. 상기 집전체(112)는 전자가 움직이는 통로로서, 충전 시 외부로부터 전자를 받아들이거나 방전 시 외부로 전자를 내주는 역할을 한다. 양단부에 위치한 2개의 집전체(112)는 서로 전극을 달리하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 집전체(112)는 도면에 도시되진 않았지만, 후술되는 전극셀(113)의 제1 및 제2주입구로 전해액이 주입될 수 있도록 엔드플레이트(111)의 유입구 및 유출구에 대응되는 위치에 각각 관통구가 형성되어 있다.
전극셀(113)은 도면에 도시되진 않았지만, 내측에 전후면이 개방된 반응공간이 형성되고, 전해액이 유입 및 유출시키기 위한 주입구 및 배출구가 형성되며, 상기 주입구를 통해 유입된 전해액이 상기 반응공간으로 유입되도록 상기 유입구로부터 상기 반응공간으로 연장된 유입유로가 마련되고, 상기 반응공간으로부터 전해액이 배출되기 위해 상기 반응공간으로부터 상기 배출구로 연장된 배출유로가 형성된 매니폴드와, 상기 반응공간에 인입되도록 상기 매니폴드에 인서트 몰딩된 바이폴라 플레이트와, 상기 바이폴라 플레이트에 대해 전방 또는 후방의 상기 반응공간에 인입되도록 상기 매니폴드에 인서트 몰딩된 전극을 구비한다.
여기서, 매니폴드는 수정의 두께를 갖는 판형으로 형성되며, 중앙부에 반응공간이 형성되어 있다. 상기 매니폴드는 우측 상단부 전면에, 제1전해액이 유입되는 제1주입구가 형성되고, 좌측 하단부 전면에는 제1전해액이 유출되는 제1배출구가 형성된다. 여기서, 제1주입구와 제1배출구는 전후방향으로 관통되게 매니폴드에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 매니폴드는 전면에, 제1주입구를 통해 유입된 제1전해액이 상기 반응공간으로 유입되도록 제1주입구로부터 상기 반응공간으로 연장된 제1유입유로와, 상기 반응공간으로부터 상기 제1전해액이 배출되기 위해 상기 반응공간으로부터 상기 제1배출구로 연장된 제1배출유로가 형성되어 있다. 그리고, 매니폴드는 좌측 상단부 후면에 제2전해액이 유입되는 제2주입구가 형성되고, 우측 하단부 후면에는 제2전해액이 유출되는 제2배출구가 형성된다. 이때, 제2주입구와 제2배출구는 전후방향으로 관통되게 매니폴드에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 매니폴드는 후면에 상기 제2주입구를 통해 유입된 제2전해액이 상기 반응공간으로 유입되도록 상기 제2주입구로부터 상기 반응공간으로 연장된 제2유입유로와, 상기 반응공간으로부터 상기 제2전해액이 배출되기 위해 상기 반응공간으로부터 상기 제2배출구로 연장된 제2배출유로가 형성되어 있다.
한편, 전극셀(113)은 레독스 흐름전지에서 종래에 일반적으로 사용되는 전극셀(113)이므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 전해액 공급부(120)는 양극의 제1전해액이 수용되는 제1수용탱크(131)와, 음극의 제2전해액이 수용되는 제2수용탱크(132)와, 일단이 상기 제1수용탱크(131)에 연결되고, 타단은 엔드플레이트(111)의 제1유입구에 연결되는 제1공급관(133)과, 일단이 상기 제2수용탱크(132)에 연결되고, 타단은 엔드플레이트(111)의 제2유입구에 연결되는 제2공급관(134)과, 상기 제1공급관(133)에 설치되어 제1수용탱크(131)에 수용된 제1전해액을 상기 제1유입구에 펌핑하는 제1공급펌프(141)와, 상기 제2공급관(134)에 설치되어 제2수용탱크(132)에 수용된 제2전해액을 상기 제2유입구에 펌핑하는 제2공급펌프(142)와, 엔드플레이트(111)의 제1유출구에 일단이 연결되고, 타단은 제1수용탱크(131)에 연결된 제1회수관(151)과, 엔드플레이트(111)의 제2유출구에 일단이 연결되고, 타단은 제2수용탱크(132)에 연결된 제2회수관(152)과, 상기 제1회수관(151)에 설치되어 전지모듈(110)을 통과하는 제1전해액을 펌핑하여 상기 제1수용탱크(131)로 공급하는 제1회수펌프(161)와, 상기 제2회수관(152)에 설치되어 전지모듈(110)을 통과하는 제2전해액을 펌핑하여 상기 제2수용탱크(132)로 공급하는 제2회수펌프(162)를 구비한다.
한편, 전해액 공급부(120)는 이에 한정하는 것이 아니라 엔드플레이트(111)의 유입구로 전해액을 공급하고, 엔드플레이트(111)의 유출구로 배출되는 전해액을 회수할 수 있는 전해액 공급수단이면 무엇이든 적용가능하다.
상기 유속 조절부(180)는 상기 엔드플레이트(111)에 설치되어 상기 유입구를 개폐하는 것으로서, 상기 엔드플레이 내로 유입되는 전해액의 유속을 변경할 수 있도록 상기 유입구의 개방 정도를 조절한다. 상기 유속 조절부(180)는 상기 제1 및 제2유입구를 개폐할 수 있도록 상기 제1 및 제2유입구에 대응되는 상기 엔드플레이트(111)에 회동가능하게 설치된 복수의 개폐 플레이트(181)와, 상기 개폐 플레이트(181)에 설치되어 상기 개폐 플레이트(181)를 회동시키는 회동모터(182)와, 상기 개폐 플레이트(181)들이 제1 및 제2유입구에 대해 소정의 개방률로 개방되도록 상기 회동모터(182)를 제어하는 모터 제어부(183)를 구비한다.
상기 개폐 플레이트(181)는 제1 및 제2유입구를 덮을 수 있도록 해당 제1 및 제2유입구의 면적에 대응되는 면적을 갖도록 형성되며, 일단이 엔드플레이트(111)에 회동가능하게 결합된다. 회동모터(182)는 개폐 플레이트(181)의 회동축에 연결되어 해당 개폐 플레이트(181)를 소정의 각도로 회동시킨다.
모터 제어부(183)는 관리자가 개폐 플레이트(181)의 개방률을 입력할 수 있도록 입력모듈(미도시)을 구비하고, 입력모듈을 통해 입력된 개방률에 대응되게 상기 개폐 플레이트(181)가 회동되도록 상기 회동모터(182)를 구비한다. 엔드플레이트(111)의 유입구에 대한 개폐 플레이트(181)의 개방률에 따라 엔드플레이트(111)로 유입디는 전해액의 유속이 증가하는데, 엔드플레이트(111)로 유입되는 전해액의 유속이 증가할 경우, 전지모듈(110) 내에서 전해액의 유동이 원할하여 전지모듈(110)의 충전효율이 향상된다. 다만, 엔드플레이트(111)로 유입되는 전해액의 유속이 일정 속도 이상으로 증가할 경우, 전해액의 화학반응이 원할하지 않아 효율이 떨어질 수 있으므로 관리자는 입력모듈을 통해 전지모듈(110)이 설치되는 외부 환경에 따라 적합한 개방률을 입력하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 유속 조절부(180)는 이에 한정하는 것이 아니라 엔드플레이트(111)의 유입구의 개방 정보를 조절할 수 있는 개폐수단이면 무엇이든 적용가능하다.
상술된 바와 같이 본 발명에 따른 흐름전지 시스템(100)은 전지모듈(110)로 주입되는 전해액의 유속을 조절할 수 있는 유속 조절부(180)가 마련되어 있으므로 주위 환경에 따라 전해액의 유속을 조절하여 충전효율을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 4에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 흐름전지 시스템(200)이 도시되어 있다.
앞서 도시된 도면에서와 동일한 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.
도면을 참조하면, 상기 흐름전지 시스템(200)은 상기 전지모듈(110)의 충전 상태를 측정하는 상태 측정모듈(201)과, 상호 상이한 다수의 개방률로 상기 유입구가 개방되도록 상기 유속 조절부(180)를 제어하고, 상기 상태 측정모듈(201)에서 제공되는 측정 정보를 토대로 각 상기 유입구의 개방률들에 대한 상기 전지모듈(110)의 충전 효율을 산출하는 효율 산출부(202)와, 상기 효율 산출부(202)에서 제공되는 산출 정보를 토대로 상기 개방률들 중 상기 충전 효율이 가장 높은 상기 개방률로 상기 유입구가 개방되도록 상기 유속 조절부(180)를 제어하는 제어모듈(203)을 구비한다.
상태 측정모듈(201)은 전지모듈(110)의 집전체(112)들에 연결되어 전지모듈(110)의 충방전 전류, 각 전극셀(113) 또는 전지모듈(110)의 전압 또는 전류를 포함한 전기적 특성 값, 충전상태 등을 감지한다. 여기서, 상태 측정모듈(201)은 전지의 충전상태를 측정하기 위해 종래에 일반적으로 사용되는 측정수단이 적용되므로 상세한 설명은 생략한다.
효율 산출부(202)는 유입구의 개방률이 100%에서 50%까지 기설정된 간격으로 순차적으로 변경되도록 유속 조절부(180)를 제어한다. 이때, 효율 산출부(202)는 유입구의 개방률이 변결될 때마다, 소정의 시간동안 상태 측정모듈(201)로부터 충전 상태에 대한 정보를 수집한다. 이때, 효율 산출부(202)는 별도의 전력공급수단을 통해 기설정된 전력량만큼 해당 전지모듈(110)에 전력을 공급할 수도 있다. 다음, 효율 산출부(202)는 수집된 전지모듈(110)의 충전 상태에 대한 정보를 토대로 각 상기 유입구의 개방률들에 대한 상기 전지모듈(110)의 충전 효율을 산출한다. 해당 효율 산출부(202)는 산출된 정보를 제어모듈(203)에 제공한다.
상기 제어모듈(203)은 상기 효율 산출부(202)에서 제공되는 산출 정보를 토대로 상기 개방률들 중 상기 충전 효율이 가장 높은 상기 개방률로 상기 유입구가 개방되도록 상기 유속 조절부(180)의 회동모터(182)를 제어한다.
상술된 바와 같이 본 발명에 따른 흐름전지 시스템(200)은 전지모듈(110)의 충전 효율이 가장 높은 개방률을 산출하고, 산출된 개방률에 따라 엔드플레이트(111)의 유입구를 개방시킬 수 있다.
도 5 내지 도 7에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 흐름전지 시스템(300)이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 흐름전지 시스템(300)은 상기 유속 조절부(180)에 의한 상기 유입구의 개방율이 기설정된 기준 비율 이하일 경우, 상기 결합관부(115)의 외주면에 상기 공급관을 밀착시키는 밀착유닛(310)을 더 구비한다.
상기 밀착유닛(310)은 상기 결합관부(115)에 대응되는 상기 공급관의 외주면에 감기는 것으로서, 일단부에 길이방향으로 상호 이격되게 다수의 기어이가 형성된 타이부재(311)와, 상기 타이부재(311)의 타단이 고정되며, 상기 타이부재(311)의 일단부가 관통되게 관통슬롯(316)가 형성된 밀착블럭(312)와, 상기 관통구에 삽입된 상기 타이부재(311)의 기어이에 치합될 수 있도록 상기 관통슬롯(316) 내에 회전가능하게 설치된 치합기어(313)와, 상기 밀착블럭(312)에 설치되어 상기 치합기어(313)를 회전시키는 기어구동부(314)와, 상기 유속 조절부(180)에 의한 상기 유입구의 개방율이 기설정된 기준 비율 이하일 경우, 상기 타이부재(311)가 상기 공급관을 조일 수 있도록 상기 타이부재(311)의 일단부가 상기 밀착블럭(312)으로부터 멀어지는 방향으로 이동되게 상기 기어구동부(314)를 제어하는 구동 제어부(315)를 구비한다.
상기 타이부재(311)는 제1 및 제2공급관(133,134)의 원주 길이보다 더 길게 연장되며, 일단부 외주면에 다수의 기어이가 형성되어 있다. 상기 기어이들은 타이부재(311)의 일단부에서 타단부 방향으로, 길이방향을 따라 상호 이격되게 형성된다. 상기 타이부재(311)는 소정의 강도를 갖되, 플렉시블한 합성수지재로 형성되는 것이 바람직하다.
밀착블럭(312)은 결합관부(115)에 대응되는 제1 및 제2공급관(133,134)에 밀착될 수 있도록 일측면이 제1 및 제2공급관(133,134)의 외주면 곡률에 대응되도록 만곡되게 형성되어 있다. 또한, 밀착블럭(312)은 상기 제1 및 제2공급관(133,134)의 원주방향을 따라 관통되게 상기 관통슬롯(316)이 형성되어 있다.
치합기어(313)는 타이부재(311)의 기어이에 치합될 수 있도록 외주면에 다수의 차합돌기가 형성되며, 일부분이 관통슬롯(316)에 인입되도록 상기 밀착블럭(312)에 회전가능하게 설치되는 것이 바람직하다. 기어구동부(314)는 치합기어(313)의 회전축에 설치되어 상기 치합기어(313)를 회전시키는 전기모터가 적용된다.
구동 제어부(315)는 유속 조절부(180)에 연결되어 개폐 플레이트(181)에 의한 엔드플레이트(111)의 유입구 개방률에 대한 정보를 상기 유속 조절부(180)로부터 획득한다. 엔드플레이트(111)로 유입되는 전해액의 유속이 급격하게 증가할 경우, 전해액의 유속에 의해 제1 및 제2공급관(133,134)이 결합관부(115)로부터 분리될 수 있다. 여기서, 구동 제어부(315)는 유입구의 개방율이 기설정된 기준 비율 이하일 경우, 상기 타이부재(311)가 상기 공급관을 조일 수 있도록 상기 타이부재(311)의 일단부가 상기 밀착블럭(312)으로부터 멀어지는 방향으로 이동되게 상기 기어구동부(314)를 제어한다. 즉, 구동 제어부(315)는 밀착블럭(312)을 통과한 타이부재(311)의 타단부가 밀착블럭(312)으로부터 멀어지도록 이동되도록 기어구동부(314)를 제어한다. 여기서, 타이부재(311)는 제1 및 제2공급관(133,134)을 가압하여 결합관부(115)로부터 제1 및 제2공급관(133,134)이 분리되는 것을 방지한다. 여기서, 기준 비율은 관리자가 기입력할 수 있다.
한편, 구동 제어부(315)는 개폐 플레이트(181)에 의한 엔드플레이트(111)의 유입구의 개방률이 상기 기준 비율을 초과할 경우, 엔드플레이트(111)로 유입되는 전해액의 유속이 감소한 것으로 판단하여 타이부재(311)의 타단부가 관통슬롯(316)으로 인입되는 방향으로 이동되게 상기 기어구동부(314)를 제어한다. 여기서, 타이부재(311)는 제1 및 제2공급관(133,134)에 대한 조임력 인가 상태가 해제되므로 제1 및 제2공급관(133,134)이 해당 조임력에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 8 및 도 9에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 흐름전지 시스템(400)이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 흐름전지 시스템(400)은 상기 결합관과 공급관 사이에 설치되며, 내부에 주입된 공기에 의해 팽창하는 팽창튜브(401)와, 상기 팽창튜브(401)에 공기를 주입하는 에어 주입부(402)와, 상기 유속 조절부(180)에 의한 상기 유입구의 개방율이 기설정된 기준 비율 이하일 경우, 상기 결합관과 공급관 사이에 기밀을 유지할 수 있도록 상기 팽창튜브(401)가 팽창할 수 있도록 상기 에어 주입부(402)를 작동시키는 팽창 구동부를 구비한다.
상기 팽창튜브(401)는 결합관의 외주면을 감싸도록 형성되며, 내부에 에어가 주입되는 주입공간(미도시)이 마련되어 있다. 해당 팽창튜브(401)는 주입된 에어에 의해 팽창할 수 있도록 소정의 탄성을 갖는 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 팽창튜브(401)는 결합관부(115)에, 제1 및 제2공급관(133,134)이 결합시 일부가 외부로 노출될 수 있도록 엔드플레이트(111)에 인접된 결합관부(115)의 단부에 설치되는 것이 바람직하다.
에어 주입부(402)는 도면에 도시되진 않았지만, 팽창튜브(401)에 연결되는 주입관과, 상기 주입관에 설치되어 해당 주입관을 통해 팽창튜브(401)의 내부로 고압의 공기를 주입하는 컴프레셔를 구비한다.
팽창 구동부는 유속 조절부(180)에 연결되어 개폐 플레이트(181)에 의한 엔드플레이트(111)의 유입구 개방률에 대한 정보를 상기 유속 조절부(180)로부터 획득한다. 엔드플레이트(111)로 유입되는 전해액의 유속이 급격하게 증가할 경우, 전해액의 유속에 의해 제1 및 제2공급관(133,134)이나 결합관부(115)에 결함이 발생될 수 있는데, 해당 결함 발생 부위를 통해 전해액이 외부로 유출될 수 있다. 여기서, 팽창 제어부(403)는 유입구의 개방율이 기설정된 기준 비율 이하일 경우, 팽창튜브(401)가 팽창하여 결합관부(115)와 제1 및 제2공급관(133,134) 사이의 기밀을 유지시킬 수 있도록 에어 주입부(402)의 컴프레셔를 작동시킨다. 여기서, 기준 비율은 관리자가 기입력할 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
100: 흐름전지 시스템 110: 전지모듈
111: 엔드플레이트 112: 집전체
113: 전극셀 120: 전해액 공급부
131: 제1수용탱크 132: 제2수용탱크
133: 제1공급관 134: 제2공급관
141: 제1공급펌프 142: 제2공급펌프
151: 제1회수관 152: 제2회수관
161: 제1회수펌프 162: 제2회수펌프
180: 유속 조절부 181: 개폐 플레이트
182: 회동모터 183: 모터 제어부

Claims (10)

  1. 전해액이 주입되는 유입구 및 상기 전해액이 배출되는 유출구가 형성되고, 상호 이격된 복수의 엔드플레이트와, 상기 엔드플레이트들의 상호 대향되는 내측에 각각 설치되는 복수의 집전체와, 상기 집전체들 사이에 설치되며, 상기 유입구를 통해 유입된 상기 전해액이 통과하여 상기 유출구로 배출되도록 형성되어 상호 결합된 다수의 전극셀과, 상기 전극셀들 사이에 형성되어 이온 통과를 허용하는 멤브레인이 마련된 전지모듈;
    상기 엔드플레이트의 유입구로 상기 전해액을 공급하는 전해액 공급부; 및
    상기 유입구를 통해 상기 엔드플레이트로 주입되는 상기 전해액의 유속을 조절하는 유속 조절부;를 구비하는,
    흐름전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유속 조절부는 상기 엔드플레이트에 설치되어 상기 유입구를 개폐하는 것으로서, 상기 엔드플레이 내로 유입되는 전해액의 유속을 변경할 수 있도록 상기 유입구의 개방 정도를 조절하는,
    흐름전지 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전해액 공급부는
    상기 전해액이 수용되는 수용탱크;
    상기 수용탱크와 엔드플레이트의 유입구에 연결되는 공급관; 및
    상기 공급관에 설치되어 상기 수용탱크에 수용된 전해액을 펌핑하여 상기 엔드플레이트에 공급하는 공급펌프;를 구비하는,
    흐름전지 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 전지모듈의 충전 상태를 측정하는 상태 측정모듈;을 더 구비하는,
    흐름전지 시스템.
  5. 제4항에 잇어서,
    상호 상이한 다수의 개방률로 상기 유입구가 개방되도록 상기 유속 조절부를 제어하고, 상기 상태 측정모듈에서 제공되는 측정 정보를 토대로 각 상기 유입구의 개방률들에 대한 상기 전지모듈의 충진 효율을 산출하는 효율 산출부;를 더 구비하는,
    흐름전지 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 효율 산출부에서 제공되는 산출 정보를 토대로 상기 개방률들 중 상기 충진 효율이 가장 높은 상기 개방률로 상기 유입구가 개방되도록 상기 유속 조절부를 제어하는 제어모듈;을 더 구비하는,
    흐름전지 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 엔드플레이트는 상기 공급관에 인입될 수 있도록 상기 유입구의 가장자리를 따라 돌출되게 결합관부;가 형성된,
    흐름전지 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유속 조절부에 의한 상기 유입구의 개방율이 기설정된 기준 비율 이하일 경우, 상기 결합관부의 외주면에 상기 공급관을 밀착시키는 밀착유닛;을 더 구비하는,
    흐름전지 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 밀착유닛은
    상기 결합관부에 대응되는 상기 공급관의 외주면에 감기는 것으로서, 일단부에 길이방향으로 상호 이격되게 다수의 기어이가 형성된 타이부재;
    상기 타이부재의 타단이 고정되며, 상기 타이부재의 일단부가 관통되게 관통슬롯가 형성된 밀착블럭;
    상기 관통구에 삽입된 상기 타이부재의 기어이에 치합될 수 있도록 상기 관통슬롯 내에 회전가능하게 설치된 치합기어;
    상기 밀착블럭에 설치되어 상기 치합기어를 회전시키는 기어구동부; 및
    상기 유속 조절부에 의한 상기 유입구의 개방율이 기설정된 기준 비율 이하일 경우, 상기 타이부재가 상기 공급관을 조일 수 있도록 상기 타이부재의 일단부가 상기 밀착블럭으로부터 멀어지는 방향으로 이동되게 상기 기어구동부를 제어하는 구동 제어부;를 구비하는,
    흐름전지 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 결합관과 공급관 사이에 설치되며, 내부에 주입된 공기에 의해 팽창하는 팽창튜브;
    상기 팽창튜브에 공기를 주입하는 에어 주입부; 및
    상기 유속 조절부에 의한 상기 유입구의 개방율이 기설정된 기준 비율 이하일 경우, 상기 결합관과 공급관 사이에 기밀을 유지할 수 있도록 상기 팽창튜브가 팽창할 수 있도록 상기 에어 주입부를 작동시키는 팽창 제어부;를 더 구비하는,
    흐름전지 시스템.
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