TW201919271A - 氧化還原液流電池 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種氧化還原液流電池，該氧化還原液流電池包括複數個在水平方向上並排配置之單元堆疊之堆疊組；及安置於該堆疊組上方且冷卻供應至該等單元堆疊中之每一者的電解質之熱交換器。

Description

氧化還原液流電池
本發明係關於一種氧化還原液流電池。
氧化還原液流電池(下文中可稱為「RF電池」)為大容量儲存電池中之一種。如PTL 1之圖7中所說明，RF電池包括電池單元、儲存正電解質之正電解質槽、儲存負電解質之負電解質槽、供應至電池單元之電解質、及連接至電池單元及槽且相應電極之電解質流過之管(導管)。PTL 1揭示包括複數個單元堆疊之實施例，該等單元堆疊之每一者包括複數個堆疊的電池單元。 引用清單 專利文獻
PTL 1：日本未審查專利申請公開案第2003-036880號
本發明之氧化還原液流電池包括 包括複數個在水平方向上並排配置之單元堆疊之堆疊組，及 安置於該堆疊組上方且冷卻供應至該等單元堆疊中之每一者的電解質之熱交換器。
[技術問題] 期望包括複數個單元堆疊之大氧化還原液流電池(RF電池)除良好的總成可加工性之外具有良好的散熱效能。
如PTL 1中所述，在提供複數個單元堆疊之情況下，單元堆疊在上下方向(重力方向)上堆疊的所謂的豎直堆疊易於實現豎直地堆疊的單元堆疊之安裝空間之減小。然而，豎直堆疊需要堅固的基底以穩定地支撐單元堆疊，其為重的物件。構成基底之部件之數目往往會增加，其可易於使得組裝基底所花時間增加。由於諸如鋼材之重的物件用於構成基底之部件，期望減少所用部件之數目以減少工人的負擔。因此，關於RF電池，期望改善包括基底之總成之總成可加工性。出於為滿足更高輸出的電池及更大容量的電池之要求之觀點，需要更易於組裝的RF電池，由於例如用於各單元堆疊之堆疊電池單元之數目增加、電極之尺寸增大及因電解質之量增大所致的槽之尺寸增大，各單元堆疊、槽等之重量往往會增大。
在RF電池中，電解質之溫度藉由產生電池反應伴有之熱量而升高。此溫度升高可使得例如RF電池之組件降解及電解質降解。當RF電池包括複數個單元堆疊時，電解質之溫度的升高在單元堆疊中之每一者中出現，且因此期望冷卻電解質。舉例而言，可設想在管上提供熱交換機制。然而，當複數個單元堆疊如上所述豎直地堆疊時，連接至單元堆疊中之每一者之管亦往往會具有在上下方向上配置的部分。因此，管之長度往往會很長，使得管之安裝空間增大。管之大安裝空間往往會減小熱交換機制之安裝空間，其易於使得散熱效率降低。因此，期望提供具有良好的散熱效能且包括甚至複數個單元堆疊之RF電池。
因此，除良好的總成可加工性之外，提供具有良好的散熱效能之為目標。
[本發明之有利影響] 本發明之氧化還原液流電池除良好的總成可加工性之外具有良好的散熱效能。
[本發明之實施例之描述] 首先，將列舉及描述本發明之實施例。 (1)根據本發明之一實施例之氧化還原液流電池(RF電池)包括 包括複數個在水平方向上並排配置之單元堆疊之堆疊組，及 安置於該堆疊組上方且冷卻供應至該等單元堆疊中之每一者的電解質之熱交換器。
雖然RF電池包括複數個單元堆疊及熱交換器，但RF電池具有特定配置，其中單元堆疊並排配置，且熱交換器安置於堆疊組上方。因此，在RF電池中，用於構成基底之部件之數目與豎直堆疊之情況相比易於減少。另外，由於為重的物件之單元堆疊在熱交換器下方配置，基底之補強的程度易於降低，且用於構成基底之部件之數目與反向配置之情況相比易於減少。因此，根據RF電池，組裝基底所花時間可減少，且工人的負擔亦可減少。特定言之，RF電池可具有使來自槽之電解質自單元堆疊中之每一者之下半部分流向其上半部分且返回至槽的形式(下文中，可稱為「上升形式」)，且在返迴路徑之管上包括熱交換器。在此組態下，可忽略排氣閥以易於使管結構簡單(稍後將描述細節)，且組裝管所花時間亦可減少。因此，RF電池具有良好的總成可加工性儘管包括複數個單元堆疊。
另外，RF電池包括熱交換器，且可高效地用熱交換器冷卻電解質，且因此RF電池亦具有良好的散熱效能。特定言之，在RF電池中，水平地配置之堆疊組上方的空間充當安置熱交換器之區域。此組態易於確保熱交換器之寬的安裝空間。與單元堆疊豎直地堆疊之情況相比，亦出於易於減少管之長度的觀點，易於確保熱交換器之寬的安裝空間。具有此類組態之RF電池可包括大的熱交換器以易於提高散熱效率，且具有較佳散熱效能。具有上述上升形式且在返迴路徑之管上包括熱交換器之RF電池使得電解質高效地冷卻，以實現較佳散熱效能(稍後將描述細節)。此外，當使熱交換器之平面區域等於或小於堆疊組之實際平面區域時，獲得良好的散熱效能而不使安裝空間因配置熱交換器而增大。
(2)RF電池之一實施例包括 共同容納堆疊組、熱交換器、儲存電解質之槽、及連接至單元堆疊中之每一者及槽且電解質流過之管的容器。
在以上實施例中，諸如堆疊組、熱交換器、槽及管之組件共同容納於容器(vessel) (諸如容器(container))中。因此，組件可提前組裝於易於確保大的工作空間之位置(諸如工廠)中，以實現較佳總成可加工性。此外，當將組件運輸至組件經組裝之狀態的RF電池之安裝位置時，安裝部位之操作可顯著減少，且工人的負擔亦可減少。
另外，根據以上實施例，在堆疊組共同容納於容器中時，在堆疊組上方提供熱交換器。因此，如上所述獲得良好的散熱效能。由於複數個單元堆疊並排配置，與豎直堆疊之情況相比，易於確保空氣之相對較大的流動空間，且預期管藉由空氣流易於氣冷。此組態亦提供良好的散熱效能。
(3)根據包括容器之RF電池之一實施例， 容器包括容納堆疊組、熱交換器及管之單元腔室及容納槽之槽腔室，單元腔室及槽腔室在容器之縱向方向上並排配置。
在以上實施例中，縱向方向上一個端側上之容器之一部分充當單元腔室，另一端側上之容器之一部分充當槽腔室，且堆疊組、熱交換器及管一起容納於單元腔室中。因此，管易於縮短，且與例如堆疊組安置於一個端側上，熱交換器安置於另一端側上，其中槽在其間之形式(下文中可稱為「槽插入形式」)相比，使配置結構易於製備簡單。因此，以上形式更易於減少組裝管所花時間且獲得較佳總成可加工性。另外，根據以上形式，由於管之長度短，如上所述易於確保熱交換器之大的安裝空間，且可易於將電解質快速引入熱交換器中以高效地冷卻電解質。此組態亦提供良好的散熱效能。特定言之，當RF電池具有上升形式且在返迴路徑之管上包括熱交換器時，可將高溫下的電解質快速引入熱交換器中且與槽插入形式相比更高效地冷卻。
(4)根據包括包含單元腔室及槽腔室之容器之RF電池的一實施例， 槽腔室之長度長於單元腔室之長度， 該容器在該縱向方向及高度方向上之中心由P表示，該容器在該縱向方向及寬度方向上之中心由Q表示，該容器之長度由L表示，該容器之寬度由W表示，且該容器之重心由G表示， 自該中心P至該重心G之距離x在容納該堆疊組、該熱交換器、該槽及該管之狀態下的該容器之縱向截面上滿足x ≤ (1/3) × L，且自該中心Q至該重心G之距離y在該容器之水平截面上滿足y ≤ (1/20) × W。
根據以上實施例，在已容納諸如堆疊組之組件的容器藉由載具(諸如卡車)在陸地上運輸時，載具可穩定地前進。另外，當容器藉由吊車或其類似物抬升以在安裝位置上安裝容器時，容器可穩定地抬升。因此，以上實施例亦提供良好的運輸可加工性及良好的安裝可加工性。
[本發明之實施例之細節] 下文，將尤其參看圖式描述根據本發明之實施例之氧化還原液流電池(RF電池)。在圖式中，相同參考符號表示相同組件。
[實施例1] 下文，將主要參看圖1至圖3描述如實施例1之RF電池1A。 (基本組態) 如實施例1之RF電池1A包括包含複數個單元堆疊的堆疊組100及將電解質供應且循環至單元堆疊中之每一者的供應機制。圖1說明堆疊組100包括兩個單元堆疊101及單元堆疊102之情況的實例。如圖2及圖3中所說明，單元堆疊101及單元堆疊102各自藉由堆疊複數個電池單元10C得到。下文中，作為代表，單元堆疊101及單元堆疊102可稱為單元堆疊10。 供應機制包括儲存正電解質的正電解質槽34及儲存負電解質的負電解質槽35、供應至各單元堆疊10之電解質、及連接至單元堆疊10及槽34及槽35且電解質流過之管16及管17。
此類RF電池1A通常連接至發電單元，且藉由交流電/直流電轉換器之負載使用作為電力供應源之發電單元進行充電，且進行放電至作為電力供應目標之負載(此等不在圖式中說明)。發電單元之實例包括太陽能發電設備、風力發電設備及其他普通發電廠。負載之實例包括消費裝置。充電及放電藉由利用正電解質及負電解質且利用正離子與負離子之間之氧化作用減少潛能的差異進行，該正電解質及負電解質各自含有價數藉由氧化作用減少改變的離子(通常為金屬離子)作為活性材料。
特定言之，如實施例1之RF電池1A包括包含複數個在水平方向(圖1中之左右方向)上並排配置之單元堆疊10的堆疊組100及冷卻供應至單元堆疊10中之每一者之電解質的堆疊組100上方的熱交換器4。此RF電池1A易於組裝且具有良好的散熱效能同時包括複數個單元堆疊10。下文，將詳細地描述組件中之每一者。
(電池單元) 如圖2及圖3中所說明，電池單元10C包括正電解質供應至其之正電極14、負電解質供應至其之負電極15、及安置於正電極14與負電極15之間之膜11。
正電極14及負電極15為正電解質及負電解質分別供應至其且其中活性材料引起電池反應之反應部位。舉例而言，使用多孔體，諸如碳材料之纖維聚集體。 膜11為使正電極14及負電極15彼此分離且使特異性離子(例如，氫離子)滲透穿過其之部件。使用離子交換膜或其類似物。
作為一實例，電池單元10C通常藉由使用圖3中所說明之單元框架110構造。單元框架110包括雙極板111及雙極板111之外周上提供之框體112。
通常，正電極14安置於雙極板111之一個表面上，且負電極15安置於雙極板111之另一表面上。雙極板111為傳導電流但不使電解質流穿過其之導電部件。舉例而言，含有石墨或其類似物及有機材料之導電塑料板用作雙極板111。 框體112為具有穿過其將正電解質及負電解質分別供應至安置於框架中之正電極14及負電極15的液體供應孔113及隙縫114、及穿過其將正電解質及負電解質分別排出至電池單元10C外部之液體排出孔115及隙縫116的絕緣部件。作為框體112之組分材料，例如，使用不與電解質反應且對電解質具有耐受性的樹脂(例如，聚氯乙烯或聚乙烯)。將環形凹槽提供於接近框體112之外部周邊之區域中，且密封部件118安置於凹槽中。諸如O形環或平坦封裝之彈性部件用作密封部件118。
單元堆疊10通常包括其中單元框架110 (雙極板111)、正電極14、膜11及負電極15以此次序堆疊複數次的層狀體、把層狀體夾在中間的一對端板130及在兩個端板130之間緊固的複數個緊固部件132。堆疊狀態藉由在堆疊方向上作用之緊固力維持。另外，緊固力擠壓安置於相鄰框體112之間之密封部件118，以不透流體方式(亦參照圖2)維持層狀體以防止電解質自單元堆疊10洩漏。可適當選擇單元堆疊10中之電池單元10C之數目(單元之數目)。可適當選擇單元堆疊10之規格(諸如電極之尺寸及單元之數目)以獲得所需特徵。更大數目個單元及更大尺寸之電極易於提供更高輸出的電池。 此外，如作為一實例之圖3中所說明，單元堆疊10可為總成，其中堆疊複數個子單元堆疊120，子單元堆疊120各自為包括預定數目個單元之層狀體。子單元堆疊120可各自包括用於電解質之供應/排出板122。
(循環機制) 循環機制包括：正電解質槽34 (圖1)，其儲存待供應及循環至正電極14之正電解質；負電解質槽35 (同上圖)，其儲存待供應及循環至負電極15之負電解質；管164及管174 (圖1及圖2)，其將正電解質槽34連接至單元堆疊10中之每一者；管165及管175 (同上圖)，其將負電解質槽35連接至單元堆疊10中之每一者；及用於正電極之泵184及用於負電極之泵185 (圖1)，其分別提供於充當自槽34及槽35供應至單元堆疊10中的每一者之朝外路徑之管164及管165上。充當朝外路徑之管164及管165及充當自單元堆疊10中之每一者返回至槽34及槽35的返迴路徑之管174及管175各自連接至由液體供應孔113及液體排出孔115形成的管，以形成正電解質之循環路徑及負電解質之循環路徑。
管16及管17之組分材料之實例包括上文所提及之樹脂，其不與電解質反應且對電解質具有耐受性。 已知泵可適當用作泵184及泵185。 槽34及槽35中之每一者為儲存電解質之盒狀容器，且可使用具有適合之形狀的容器。儲存之量根據例如堆疊組100之體積進行適當選擇。槽3之組分材料之實例包括上文所提及之樹脂及橡膠，其不與電解質反應且對電解質具有耐受性。 可使用之電解質之實例包括含有釩離子作為正活性材料及負活性材料(PTL 1)之電解質、含有錳離子作為正活性材料及鈦離子作為負活性材料之電解質、及具有已知組合物的其他電解質。
正電解質之循環路徑及負電解質之循環路徑的實例為上升形式，其中使來自槽34及槽35之電解質自單元堆疊10中之每一者之下半部分流向其上半部分且返回至槽34及槽35。上升形式為較佳的，因為電解質易於在電極之全部區域上方擴散，且電池特徵可易於由此方面增強。圖3中所說明之單元框架110包括下半部分上之液體供應孔113及上半部分上之液體排出孔115，且因此可適用於上升形式。
(堆疊組) RF電池1A包括上文所述之複數個單元堆疊10，且此等單元堆疊10在水平方向上並排配置。通常，其實例為複數個單元堆疊10彼此齊平成一列並排配置之形式，亦即，堆疊組100具有長方體形狀之形式。單元堆疊10不必一定成單列配置，只要複數個單元堆疊10彼此齊平置放即可。舉例而言，包括四個單元堆疊10之堆疊組100可具有單元堆疊10成2 × 2之正方形形狀配置的形式。
構成堆疊組100之單元堆疊10為串聯及/或並聯電連接。
堆疊組100通常具有構成堆疊組100之單元堆疊10具有相同規格(諸如電極之尺寸、單元之數目及其類似規格)之形式。堆疊組100可具有例如堆疊組100包括具有不同數目個單元之單元堆疊10的形式。
(熱交換器) 熱交換器4為一種部件，其提供於上文所述之循環機制中之朝外路徑之管16及返迴路徑之管17中的至少一者上，且其改變電解質之溫度，通常其冷卻電解質(圖1)。熱交換器4包括管積聚零件40，向其中引入溫度T0 之電解質，且自其中排出溫度自溫度T0 變為溫度T1 之電解質。傳導加壓冷卻之熱交換器4進一步包括冷卻機制42。
管積聚零件40 通常包括正電解質流過之正電極管及負電解質流過之負電極管，且構成以藉由例如使用直徑相對較小的管、以曲折方式配置管、或螺旋纏繞管來確保大的表面積。熱交換器4之形式之實例包括：包括正電極管及負電極管兩者作為管積聚零件40之形式；僅包括正電極管作為管積聚零件40之形式；及僅包括負電極管作為管積聚零件40之形式。RF電池1A可具有：封裝形式(圖1)，其包括包含正電極管及負電極管兩者在一起之熱交換器4；或獨立形式(未說明)，其包括僅包括正電極管之熱交換器4及僅包括負電極管之熱交換器4。 在封裝形式中，例如，熱交換器4可具有正電極管及負電極管容納於單個箱子中且常用冷卻機制42之組態。此組態使部件之數目減少且提供熱交換器4之良好的總成可加工性。在提供複數個冷卻機制42之情況下，可提高冷卻效能。 在獨立形式中，易於使熱交換器4之規格(諸如管之長度、存在或不存在冷卻機制42及冷卻機制42之規格)變化。因此，當正電解質之溫度及負電解質之溫度彼此不同時，冷卻機制42可根據各溫度控制。因此，易於將電解質冷卻至更適當的溫度。
冷卻方法之實例包括天然冷卻及加壓冷卻。當進行加壓冷卻時，例如，冷卻介質流過之風扇(加壓空氣冷卻)或流動機制(加壓水冷卻)較佳提供為冷卻機制42。圖1實際上藉由使用兩個點鏈線說明常用冷卻機制42之上述封裝形式。應注意，電解質可視需要藉由使加熱介質(諸如熱水)流過流動機制而加熱。
熱交換器4較佳提供於充當返迴路徑之管17上，且更佳提供於管17連接至各單元堆疊10之部分之附近。此原因如下。電解質之溫度通常緊接地在電解質自各單元堆疊10排出之後最高。因此，在充當返迴路徑之管17中，特定言之，在連接至單元堆疊10之部分的附近，易於確保電解質之溫度與外部環境之溫度之間的大的差異。因此，提供於連接部分之附近的熱交換器4使電解質高效地冷卻。圖1說明熱交換器4提供於充當返迴路徑之管17之位置處之情況的實例，該位置接近連接至單元堆疊10之部分(排出口附近的部分170及部分171)。
在堆疊組100上方提供熱交換器4。由於複數個單元堆疊10並排配置，堆疊組100上方存在空間，該空間具有與複數個單元堆疊10之頂部表面之全部對應的實際平面區域。此實際平面區域比上述豎直堆疊情況下的平面區域大了與單元堆疊10之數目對應的區域。因此，當上述上部空間用作安置熱交換器4之空間時，有可能安置具有大的平面區域之熱交換器4，亦即，具有高冷卻效能之熱交換器4。藉由並排配置複數個單元堆疊10，待連接之管16及管17之長度與豎直堆疊的情況相比易於縮短，且易於確保安裝熱交換器4之大的空間。此亦使得能夠提供大的熱交換器4。另外，當藉由在其堆疊方向(上下方向)上發現堆疊組100及熱交換器4時，可調整熱交換器4之平面區域以使得熱交換器4位於堆疊組100之平面區域內。在此類情況下，即時大的熱交換器4之配置大體上不引起因配置熱交換器4所致之安裝空間的增大。在上文所述之獨立形式之情況下，例如，可調整熱交換器4的平面區域以使得平面區域在用於正電極之熱交換器4及用於負電極之熱交換器4並排配置時在堆疊組100的平面區域內。在此類情況下，大體上不引起因配置熱交換器4所致之安裝空間的增大。
如作為一實例之圖1中所說明，當正循環路徑及負循環路徑以上升形式配置且熱交換器4安置於返迴路徑之管17之部分170及171上時，部分170及部分171位於排出口附近，使返迴路徑之管結構易於製備簡單。在上升形式中，由於各單元堆疊10中之正電解質及負電解質向上流，緊接地在自單元堆疊10排出之後之正電解質及負電解質向上導引。因此，當熱交換器4在堆疊組100上方且在排出口附近之部分170及部分171上提供時，自各單元堆疊10排出之正電解質及負電解質可易於引入位於堆疊組100上方的熱交換器4中。在此情況下，由於可提供返迴路徑之管17以使得電解質向上或在水平方向上流動，使返迴路徑之管結構，特定言之，各單元堆疊10與熱交換器4之間之管結構易於製備簡單。圖1說明使電解質自各單元堆疊10之頂端及熱交換器4之頂端在上游方向上流動的情況之實例。或者，可提供使電解質在水平方向上流動的部分。關於自熱交換器4排出之正電解質及負電解質穿過其分別流向槽34及槽35之管，沒必要提供電解質自上游方向流向下游方向的部分。因此，可忽略在電解質自上游方向流向下游方向之情況下必要的排氣閥。此亦使返迴路徑之管結構易於製備簡單。
若在上升形式之情況下，熱交換器4提供於返迴路徑上但例如並排配置而非配置於堆疊組100上方，則返迴路徑之管17亦具有電解質自上游方向流向下游方向的部分。因此，有必要提供排氣閥，且因此返迴路徑之管結構往往會變得複雜。
(用途) 如實施例1之RF電池1A可用作儲存電池，相對於天然能量發電，如太陽能發電或風力發電，出於使電力輸出波動穩定之目的，在供應過多、調平負載等其類似物期間儲存所產生電力。此外，如實施例1之RF電池1A可另外置放於普通電廠中且用作儲存電池作為針對電壓下陷/電力失效及出於調平負載的目的之防範措施。
(主要優勢) 由於如實施例1之RF電池1A包括複數個並排配置之單元堆疊10，用於構成基底的部件之數目與豎直堆疊之情況相比易於減少。另外，由於為重的物件之單元堆疊10安置於下半部分中，且熱交換器4安置於堆疊組100上方，基底之補強程度與熱交換器4安置於堆疊組100下方之情況相比易於降低。此組態亦易於減少用於構成基底之部件之數目。因此，根據RF電池1A，組裝基底所花時間可減少，且RF電池1A具有包括基底之總成之良好的總成可加工性。特定言之，即使在RF電池1A包括具有大電極之單元堆疊10或各自具有大量單元之單元堆疊10且單元堆疊10各自具有較重重量的情況下，組裝基底所花時間易於減少，且工人的負擔與豎直堆疊之情況相比可有效地減少。
另外，由於如實施例1之RF電池1A包括熱交換器4，且可高效地冷卻電解質，RF電池1A亦具有良好的散熱效能。在RF電池1A中，由於堆疊組100上方之空間充當安置熱交換器4之區域，與豎直堆疊之情況相比易於確保寬的熱交換器4之安裝空間。另外，由於管16及管17與豎直堆疊之情況相比易於縮短，易於確保熱交換器4之寬的安裝空間。因此，RF電池1A可包括具有高冷卻效能之大的熱交換器4，且因此具有較佳散熱效能。此外，即使當RF電池1A包括大的熱交換器4時，堆疊組100之安裝空間及熱交換器4之安裝空間重疊。此組態易於減少因配置熱交換器4所致之安裝空間的增大或大體上不引起安裝空間之增大。
如在此實例中，當正循環路徑及負循環路徑以上升形式配置時，且熱交換器4提供於返迴路徑之管17之部分170及部分171上，部分170及部分171位於排出口附近，如上所述使返迴路徑之管結構易於製備簡單。在此情況下，沒必要提供電解質自上游方向流向下游方向之部分，且如上所述可忽略排氣閥。此亦使返迴路徑之管結構易於製備簡單。因此，易於組裝管16及管17，且獲得包括管16及管17之總成之較佳總成可加工性。另外，高溫下之電解質自排出口附近之部分170及部分171引入熱交換器4中，且可高效地冷卻，且因此獲得較佳散熱效能。
[實施例2] 下文，將主要參看圖4至圖8描述如實施例2之RF電池1B。 圖4為以與其寬度方向正交的平面切割之容器2之縱向截面圖，且以簡化方式說明內部結構。 圖5為以與其高度方向正交的平面切割之容器2之水平截面圖，且以簡化方式說明內部結構。 圖6為容器2之縱向截面圖，圖7為容器2之水平截面圖，圖8為容器2之透視圖，且在此等圖式中之每一者中，示意性地說明容器2且忽略其內部結構。
如實施例2之RF電池1B的基本組態與如實施例1之RF電池1A的基本組態相同。具體言之，RF電池1B包括堆疊組100、安置於堆疊組100上方之熱交換器4、儲存電解質6之槽3 (圖5，正電解質槽34及負電解質槽35)、單元堆疊10 (在此實施例中為單元堆疊101及單元堆疊102)、及連接至槽3且電解質流過之管16及管17。如實施例2之RF電池1B進一步包括共同容納堆疊組100、熱交換器4、槽3及管16及管17之容器2。與實施例1的主要差異在於如實施例2之RF電池1B包括此容器2。 下文，關於實施例2，將詳細描述與實施例1之差異，且忽略在實施例1中常見的其組態及優勢之詳細描述。
為描述之方便起見，圖4說明單個槽3、充當朝外路徑之單個管16、充當返迴路徑之單個管17及單個泵18。實際上，如實施例1中所述，提供槽34、管164及管174、及用於正電極之泵184、槽35、管165及管175、及用於負電極之泵185。此類似地適用於圖5。下文中，槽、管及泵可分別統稱為槽3、管16及管17及泵18。
(容器) 容器2通常為用於例如運輸通用貨物之乾燥容器。容器2之形狀通常為長方體，特定言之，如作為一實例之圖4中所說明在安裝狀態(圖4之片材之下部側對應於安裝表面側)下水平地長的長方體。容器2之實例具有形成安裝零件之長方形底部部分20、與底部部分20相反安置之長方形頂板部分21、將底部部分20之長側連接至頂板部分21之相應長側的一對側表面部分22(參看圖5，僅片材之內部上之側表面部分22見於圖4中)、及將底部部分20之短側連接至頂板部分21之相應短側的一對端表面部分23。容器2可包括例如端表面部分23或側表面部分22上之可打開及可封閉的門(未說明)。視需要打開門以調整RF電池1B之操作條件且檢測RF電池1B之組件。本文中，在容器2之安裝狀態下，縱向方向上容器2之維度稱為長度，與縱向方向正交且自底部部分20朝向頂板部分21導引的方向稱為高度方向，高度方向上之維度稱為高度，與縱向方向正交且自側表面部分22中之一者朝向另一側表面部分22導引的方向稱為寬度方向，且寬度方向上之維度稱為寬度。
容器2之尺寸可根據待容納之組件的維度及其類似物適當地選擇。可使用之容器2之實例包括根據ISO標準(例如，ISO 1496-1: 2013等)之國際海上貨物容器，且通常為20呎容器、40呎容器及45呎容器；及20呎高立方體容器、40呎高立方體容器及45呎高立方體容器，以上所有具有與以上相應容器之高度相比更大的高度。諸如容器2之大的容器可容納例如複數個單元堆疊10並排配置之堆疊組100，且此外可容納包括大單元堆疊10之堆疊組100，且因此易於得到高輸出的電池。容器2之組分材料之實例包括金屬，諸如鋼(例如，用於通式結構SS400之輥壓鋼)。當容器2之組成的部件由金屬製成時，可開始與電解質，例如，槽腔室2T (稍後描述)之至少內表面接觸之區域較佳地具有由不與電解質反應且對電解質具有耐受性的樹脂(參看實施例1)、耐酸性塗層、電鍍(例如，諸如貴金屬、鎳或鉻之金屬)或其類似物形成的覆蓋層。更佳地，容器2之全部內表面(包括稍後描述之分隔部分24)具有覆蓋層。
此實例之容器2包括分隔部分24，其在容器2之縱向方向上將水平地長的內部空間分為兩個部分。一個端表面部分23側(圖4中之右側)上之部分中的一者稱為單元腔室2C，且另一端表面部分23側(同一圖中之左側)上之另一部分稱為槽腔室2T。亦即，在容器2中，單元腔室2C及槽腔室2T在容器之縱向方向上並排配置。單元腔室2C容納管16及管17，該單元腔室包括堆疊組100、熱交換器4及泵18。槽腔室2T容納槽3。在堆疊組100、熱交換器4及管16及管17在縱向方向上共同容納於容器2之一個端側上且槽3容納於另一端側上之形式(下文中稱為「側邊形式」中)，使單元堆疊10中之每一者與槽3之間的管16及管17之配置結構易於製備簡單，且管16及管17與例如槽插入形式相比易於縮短，在該槽插入形式中，堆疊組100及管16及管17之一部分經配置於一個端側及泵18上，管16及管17之剩餘部分、熱交換器4等經配置於另一端側上，槽3在其間。因此，例如，易於進行單元堆疊10中之每一者與管16及管17之間之連接操作及熱交換器4的安裝。另外，堆疊組100及熱交換器4易於就配置於接近彼此，且因此可高效地冷卻電解質。
此實例之分隔部分24為長方形板，其經垂直配置以自底部部分20延伸，且其具有板之上端達至頂板部分21的此類高度及自側表面部分22中之一者延伸至另一側表面部分22的寬度。分隔部分24具有接近端表面部分23之實際上平面區域之尺寸及形狀的尺寸及形狀。即使當槽3由諸如橡膠之可撓性材料形成時，此分隔部分24易於保持槽3之形狀。當分隔部分24具有連接至槽3之管16及管17插入的插入孔時，可使電解質在槽腔室2T與單元腔室2C之間流動。可適當改變分隔部分24之形狀、尺寸及其類似物。可忽略分隔部分24之至少一部分。當自底部部分20之內表面延伸之分隔部分24的高度例如低於連接至槽3中之管16及管17之部分的位置時，不必提供插入孔。
提供分隔部分24以使得單元腔室2C及槽腔室2T具有所需體積。在此實例中，分隔部分24安置於槽腔室2T之體積為單元腔室2C之體積的約雙倍的位置處。然而，可適當改變分隔部分24之位置。舉例而言，槽腔室2T之體積及單元腔室2C之體積可大體上彼此相等。或者，單元腔室2C可比以上更大(槽腔室2T可較小)。大的槽腔室2T使電解質之量增加以提供大容量的電池。
關於上文所述之側邊形式，當容納組件之容器2在安裝RF電池1B期間藉由吊車或其類似物抬升時，容器2可為傾斜的，其可使得難以將底部部分20置放在預定安裝位置上。因此，例如，較佳考慮重量平衡調整單元腔室2C及槽腔室2T之體積分佈比率、容納於單元腔室2C中之物件(包括稍後描述之其他部件)的質量、單元腔室2C中之物件之配置位置及槽3之質量以使得容器2不為傾斜的，且較佳地，底部部分20在抬升期間水平地維持。
下文，假定槽腔室2T之體積大於單元腔室2C之體積，且假定槽腔室2T之長度L2T 長於單元腔室2C之長度L2C 。如圖6及圖7中所說明，縱向方向及高度方向上容器2之中心由P表示(圖6)，縱向方向及寬度方向上容器2之中心由Q表示(圖7)，容器2之長度由L表示，容器2之寬度由W表示(圖7)，且容器2之重心由G表示。如圖6中所說明，自中心P向容器2之左側上之端表面部分23延伸的區域定義為槽腔室2T之大區域t1 ，且在自中心P向容器2之右側上之端表面部分23延伸的區域中，向分隔部分24延伸的區域定義為槽腔室2T之小區域t2 ，且剩餘區域定義為單元腔室2C。在堆疊組100、熱交換器4、槽3及管16及管17容納於容器2中之狀態下的縱向截面上(圖4，等)，槽腔室2T之大區域t1 之質量由wt1 表示，自中心P至大區域t1 之重心(點P1 )的距離由Lt1 表示。槽腔室2T之小區域t2 之質量由wt2 表示，且自中心P至小區域t2 之重心(點P2 )的距離由Lt2 表示。單元腔室2C之質量由wc表示，且自中心P至單元腔室2C之重心(點Pc)的距離由Lc表示。在此情況下，在容納堆疊組100及其他組件狀態下的容器2中，當自中心P至重心G之距離由x表示時，重心G周圍的力矩之式由wt1 × (Lt1 + x) + wt2 × (x - Lt2 ) = wc × (Lc - x)表示。因此，x = (wc × Lc - wt1 × Lt1 + wt2 × Lt2 )/(wc + wt1 + wt2 )。
本文中，如圖8中所說明，假定在長方體之中心(縱向方向上之中心線、寬度方向上之中心線及高度方向上之中心線的相交點)處具有其重心G0 之長方體容器2在通過線連接至容器2之頂板部分21之四個角的狀態下的重心G0 之直線的方向上抬升。本文中，抬升點R為通過重心G0 及垂直於頂板部分21之直線及沿相應線之直線、相對於頂板部分21以θ之角度傾斜的直線之相交點。在此情況下，線之張力彼此相等。當左側拉力由F1 表示，右側拉力由F2 表示，容器之質量由w表示時，F1 = F2 = (1/4) × (1/sinθ) × w ×重力加速度。當容器2之重心G0 移位至一側(圖6中之右側)時，張力F1 與F2 之間之平衡改變。以此方式，即使長方體容器2之重心自容器2之縱向截面之中心移位至縱向方向上的一端或另一端，期望調整容器2之重量平衡以安全地抬升容器2。
如圖6中所說明，在縱向方向上容器2之頂板部分21之一端及另一端分別用力M1 及力M2 抬升的情況下，重心G周圍的力矩之式由M1 × [(1/2) × L + x] = M2 × [(1/2) × L - x]表示。因此，M1 = {[(1/2) × L - x]/[(1/2) × L + x]} × M2 。式x = (1/2) × L至(1/20) × L經取代，且張力F1 及F2 之比率F1 :F2 由M1 及M2 之比率M1 :M2 確定。基於拉力之此比率，當重心之位置自G0 移至G時，偏心率為+100%至+10%。舉例而言，當x = (1/3) × L時，M1 :M2 = (1/5):1。當使用此比率時，滿足2 × F1 + 2 × F2 = 1之分母為12。因此，F1 :F2 = (1/12):(5/12)。在此情況下，Δ(F2 - F1 ) × 2 = 2/3，且因此偏心率在x = (1/3) × L時為+66.7%。偏心率隨著x之值減小而降低。本文中，當偏心率小於70%時，抬升可安全地進行。因此，較佳調整容器2之重量平衡以滿足x ≤ (1/3) × L。當滿足x ≤ (1/4) × L (偏心率：50%或更小)，且此外，滿足x ≤ (1/6) × L (偏心率：33%或更小)時，重量平衡為較佳的，且容器2可更穩定地抬升。
在安裝RF電池1B之前將RF電池1B運輸至槽3清空而不儲存電解質6狀態下的安裝部位，且電解質6在安裝後隨後存儲於槽3中的情況下，在運輸期間RF電池1B之重量可減小以易於進行運輸及安裝操作。在此情況下，槽腔室2T側上之質量往往會小於諸如堆疊組100之重物件的組件容納於其上的單元腔室2C側上之質量。因此，鑒於良好的安裝可加工性如上所述，較佳調整組件中之每一者之質量、縱向方向上組件之配置位置及其類似物以滿足x ≤ (1/3) × L。
在上文所述之槽插入形式中，當例如槽3容納於容器2中以使得槽3之中心與縱向方向上容器2之中心重疊，且堆疊組100容納於容器2之一個端側上且包括泵18、熱交換器4等之管16及管17容納於另一端側上以把槽3夾在中間時，縱向截面上之重量平衡往往易於獲得。
在側邊形式及槽插入形式中之每一者中，當容器2之重心位置自容器2之水平截面的中心移至左側或右側時，較佳調整容器2之水平截面上之重量平衡。較佳進行重量平衡之此調整以使得當容器2在陸地上藉由載具(諸如卡車)運輸時，卡車或其類似物在道路之彎曲段不因離心力而翻轉。具體言之，較佳調整重量平衡以使得不平衡負載在10%內。如圖7中所說明，在容器2之水平截面上，自中心Q至重心G之距離由y表示。如在用於確定縱向截面上之偏心率之以上方法中，距離x經距離y置換，且長度L經寬度W置換。在此情況下，為滿足10%或更少之不平衡負載，較佳調整容器2之重量平衡以滿足y ≤ (1/20) × W。當滿足y ≤ (1/25) × W (不平衡負載：8%或更小)，且此外，滿足y ≤ (1/30) × W (不平衡負載：6.7%或更小)時，重量平衡為較佳的，且容器2可更穩定地抬升。
此外，出於易於遏制槽3中電解質6之溫度的改變之觀點，該改變因容器2外部的環境所致，在容器2中，熱絕緣材料較佳安置於槽3周圍之區域中。熱交換器4可提供於返迴路徑之管17上以使冷卻電解質6返回至槽3。此組態易於防止電解質6、管16及管17及其類似物之熱降解。在此實例中，熱絕緣材料可安置於槽腔室2T在分隔部分24、圖4中左側之端表面部分23、底部部分20、頂板部分21及兩個側表面部分22上形成的區域中。
(槽) 當槽3具有符合容器2之形式，具體言之，在此實例中長方體形式時，槽3之體積增大以易於增大所儲存電解質之量。此實例之正電解質槽34及負電解質槽35為各自水平地長的長方體且具有相同尺寸。兩個槽34及槽35之組合具有符合槽腔室2T之內部周邊形式之形式，且組合之尺寸大體上略微小於槽腔室2T之內部維度(圖5)。在此實例中，兩個槽34及槽35在容器2之寬度方向上並排容納。特定言之，由諸如橡膠之可撓性材料形成之槽3可彈性變形。因此，即使具有大體積的槽3易於容納於容器2中。另外，即使槽3之內部壓力變化，因內部壓力所致之應力易於藉由彈性變形放鬆。
如圖4中所說明，在上升形式情況下，槽3中之部分、連接至朝外路徑之管16的部分可提供於槽3之下部部分(在圖4中接近容器2之底部部分20)，且槽3中之部分、連接至返迴路徑之管17的部分可提供於槽3之上部部分(同一圖，接近頂板部分21)。
(熱交換器) 如在實施例1中，熱交換器4安置於堆疊組100上方。圖5說明堆疊組100位於熱交換器4下方且熱交換器4及堆疊組100重疊之狀態之實例。如實施例1中所述，與堆疊組100之實際平面區域對應之熱交換器4的平面區域使得大的熱交換器4甚至容納於具有相對較小體積的區域中，舉例而言，容器2中，特定言之，單元腔室2C中。在此實例中，正循環路徑及負循環路徑以上升形式配置，且熱交換器4安置於返迴路徑之管17之部分170及部分171上，部分170及部分171位於排出口附近。
(所容納之其他部件) 容器2可進一步容納例如控制裝置或其類似物(諸如泵18)之控制單元，關於循環機制中電解質之循環，且容納下文所述之槽3之換氣機制(兩者未說明)。
槽3之換氣機制包括例如氣體產生器、氣流率調整機制、回流防止機制及連接至槽3之管。 氣體產生器產生用於換氣槽3之氣相之流動氣體。在RF電池中，例如，含有氫元素之氣體可在負電極上因電池反應的副反應或其類似物而產生且在負電解質槽之氣相中積聚。舉例而言，用流動氣體使負電解質槽35之氣相換氣使得負電解質槽35之氣相中的氫氣濃度降低，且使氣體釋放至空氣中。流動氣體較佳含有惰性氣體或大體上為惰性氣體。惰性氣體之實例包括氮氣及稀有氣體(氬氣、氖氣及氦氣)。能夠產生氮氣之氣體產生器的使用使得氮氣自空氣獲得，且因此可大體上持久性地供應流動氣體。
氣流速率調整機制調整自氣體供應源(諸如氣體產生器)向槽3之氣相供應的流動氣體之饋入速率。氣流速率調整機制包括例如流量計及閥，且基於用流量計量測之流動氣體之流動速率調整閥的開口程度。基於流動速率之開口程度的判定、閥之操作等可藉由控制單元進行。
回流防止機制提供於連接至槽3之排出管上且防止放電氣體在槽3之氣相中回流。舉例而言，已知水密封的閥或其類似物可用作回流防止機制。
用流動氣體使槽3之氣相換氣之特異性形式的實例包括形式(1)及形式(2)，其中兩個槽34及槽35不斷換氣，及形式(3)，其中槽34及槽35各自獨立地換氣。在正電解質槽34 ®負電解質槽35 ®排出口之形式(1)中，兩個槽34及槽35之氣相藉由連通管彼此連接，氣體產生器連接至正電解質槽34之氣相，且排出管連接至負電解質槽35之氣相。將流動氣體引入正電解質槽34之氣相中，且亦將流動氣體藉由正電解質槽34及連通管供應至負電解質槽35之氣相且自排出管排出。排出管之一端可連接至槽3，且另一端可對容器2外部開放以將流動氣體排出至容器2外部的空氣，或流動氣體可自對容器2內部開放之換氣孔排出，且提供於例如容器2之側表面部分22中。在負電解質槽35 ®正電解質槽34 ®排出口之形式(2)中，連通管如在上述(1)中連接，排出管連接至正電解質槽34之氣相，且氣體產生器連接至負電解質槽35之氣相，與上述(1)相反。將流動氣體引入負電解質槽35之氣相中，且亦將流動氣體藉由連通管及負電解質槽35之氣相供應至正電解質槽34之氣相且排出。在形式(3)中，氣體產生器及排出管連接至槽34及槽35之氣體相中之每一者，且將流動氣體引入槽34及槽35之氣相中且排出。
(主要優勢) 在如實施例2之RF電池1B中，堆疊組100、槽3、熱交換器4、及管16及管17共同容納於容器2中。因此，RF電池1B可組裝於易於確保大的工作空間之位置(諸如工廠)中，且具有較佳總成可加工性。在縱向方向上容器2之一個端側充當單元腔室2C，且堆疊組100、熱交換器4及管16及管17容納於如在此實例中之單元腔室2C中的情況下，管結構易於製備簡單，且管16及管17與上文所述之槽插入形式相比易於縮短。因此，組裝管16及管17所花時間、安裝熱交換器4所花時間及其類似物亦可減少，且提供較佳總成可加工性。
另外，如實施例2之RF電池1B包括堆疊組100上方之熱交換器4，同時堆疊組100共同容納於容器2中。因此，如在實施例1中，如實施例2之RF電池1B具有良好的散熱效能。由於管16及管17易於縮短，因此易於確保熱交換器4之大的安裝空間。由於可提供大的熱交換器4，因此實現良好的散熱效能。即使在堆疊組100容納於相對較窄的空間，諸如單元腔室2C中之情況下，如在此實例中，與豎直堆疊之情況相比，易於確保空氣之相對較大的流動空間，且預期管16及管17易於藉由空氣之流動氣冷。此組態亦提供良好的散熱效能。此，在堆疊組100、熱交換器4及管16及管17容納於如在此實例中之單元腔室2C中，且管16及管17如上所述較短的情況下，易於將電解質快速引入熱交換器4中，且可高效地冷卻電解質。此組態亦提供良好的散熱效能。此外，如在此實例中，當正循環路徑及負循環路徑以上升形式配置，且熱交換器4配置於排出口附近的部分170及部分171上時，高溫下之電解質可引入中引入熱交換器4中且高效地冷卻。此組態亦提供良好的散熱效能。
另外，考慮如上所述之重量平衡，調整質量、縱向方向上之配置位置及堆疊組100之寬度方向上的配置位置、管16及管17及槽3在已容納以上組件之容器2置放於安裝位置上時使容器2藉由吊車或其類似物穩定地抬升。在藉由卡車或其類似物運輸已容納以上組件之容器2期間，卡車或其類似物可穩定地前進。因此，亦提供良好的安裝可加工性及良好的運輸可加工性。
此外，RF電池1B實現下文所述之優勢。 (1)由於諸如堆疊組100、槽3及管16及管17之組件共同容納於單個容器2中，RF電池1B為有利的，此係因為運輸易於進行，安裝易於進行，且組件可受容器2保護。 (2)由於容器2之內部分為單元腔室2C及槽腔室2T，例如，檢測單元堆疊10、泵18、控制單元及其他組分易於進行。
本發明不限於上文所述之實例。本發明之範疇由隨附申請專利範圍界定且意欲涵蓋在與申請專利範圍之意義及範疇等效的意謂及範疇內的所有修改。
舉例而言，在圖1、圖4及圖5中，可改變堆疊之數目、循環路徑等。在圖4及圖5中，可改變容納於容器2中之物件之配置，且可忽略分隔部分24。
主要容納堆疊組100之容器及主要容納槽3之容器可為彼此獨立的容器。 舉例而言，RF電池可包括容納堆疊組100、熱交換器4、管16及管17等且不容納槽3之設備容器及容納槽且不容納堆疊組100之槽容器。彼此分隔之設備容器及槽容器使堆疊之數目易於進一步增大。關於槽容器，有可能使用共同容納正及負槽34及槽35的形式及包括容納正電解質槽34之正電極容器及容納負電解質槽35之負電極容器的形式。
1A、1B‧‧‧氧化還原液流電池(RF電池)
2‧‧‧容器
2C‧‧‧單元腔室
2T‧‧‧槽腔室
3‧‧‧槽
4‧‧‧熱交換器
6‧‧‧電解質
10、101、102‧‧‧單元堆疊
10C‧‧‧電池單元
11‧‧‧膜
14‧‧‧正電極
15‧‧‧負電極
16、17、164、165、174、175‧‧‧管
18、184、185‧‧‧泵
20‧‧‧底部部分
21‧‧‧頂板部分
22‧‧‧側表面部分
23‧‧‧端表面部分
24‧‧‧分隔部分
34‧‧‧正電解質槽
35‧‧‧負電解質槽
40‧‧‧管積聚零件
42‧‧‧冷卻機制
100‧‧‧堆疊組
110‧‧‧單元框架
111‧‧‧雙極板
112‧‧‧框體
113‧‧‧液體供應孔
114、116‧‧‧隙縫
115‧‧‧液體排出孔
118‧‧‧密封部件
120‧‧‧子單元堆疊
122‧‧‧供應/排出板
130‧‧‧端板
132‧‧‧緊固部件
170、171‧‧‧排出口附近的部分
t1‧‧‧大區域
t2‧‧‧小區域
[圖1] 圖1為說明如實施例1之氧化還原液流電池之整體組態的示意圖。 [圖2] 圖2為說明包括於如實施例1之氧化還原液流電池中之單元堆疊的實例之示意性截面圖。 [圖3] 圖3為說明包括於如實施例1之氧化還原液流電池中之單元堆疊的實例之組態之示意圖。 [圖4] 圖4為當氧化還原液流電池在與容器之寬度方向正交的平面切割時如實施例2之氧化還原液流電池之縱向截面圖。 [圖5] 圖5為當氧化還原液流電池在與容器之高度方向正交的平面切割時如實施例2之氧化還原液流電池之水平截面圖。 [圖6] 圖6為說明如實施例2之氧化還原液流電池之縱向截面中的重量平衡之解釋性視圖。 [圖7] 圖7為說明如實施例2之氧化還原液流電池之水平截面中的重量平衡之解釋性視圖。 [圖8] 圖8為說明容器懸掛的狀態之解釋性視圖。

Claims (4)

  1. 一種氧化還原液流電池，其包含， 包括複數個在水平方向上並排配置之單元堆疊之堆疊組；及 安置於該堆疊組上方且冷卻供應至該等單元堆疊中之每一者的電解質之熱交換器。
  2. 如請求項1之氧化還原液流電池，其包含共同容納該堆疊組、該熱交換器、儲存該電解質之槽及連接至該等單元堆疊中之每一者及該槽且該電解質流過之管的容器。
  3. 如請求項2之氧化還原液流電池，其中該容器包括容納該堆疊組、該熱交換器及該管的單元腔室及容納該槽的槽腔室，該單元腔室及該槽腔室在該容器之縱向方向上並排配置。
  4. 如請求項3之氧化還原液流電池， 其中該槽腔室之長度比該單元腔室之長度要長， 該容器在該縱向方向及高度方向上之中心由P表示，該容器在該縱向方向及寬度方向上之中心由Q表示，該容器之長度由L表示，該容器之寬度由W表示，且該容器之重心由G表示， 自該中心P至該重心G之距離x在容納該堆疊組、該熱交換器、該槽及該管之狀態下的該容器之縱向截面上滿足x ≤ (1/3) × L，且自該中心Q至該重心G之距離y在該容器之水平截面上滿足y ≤ (1/20) × W。
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