TWI620363B - Electrolyte circulating battery, heat exchanger, and piping - Google Patents

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Abstract

提供一種不易使電解液氧化而容易將電解液冷卻之電解液循環型電池，及不易使流通於內部之腐蝕性液體氧化而容易將腐蝕性液體冷卻之熱交換器，及不易使流通於內部之腐蝕性液體氧化而適合將腐蝕性液體冷卻之配管。前述電解液循環型電池，為具備電池胞、及在前述電池胞中使電解液循環之循環路徑的電解液循環型電池，其特徵為：前述循環路徑具備複合導管，前述複合導管具備：管狀的本體部，由樹脂所構成；及氧氣阻擋層，形成於前述本體部的外周，由氧氣透過率比前述本體部還低之有機材料所構成。

Description

電解液循環型電池，熱交換器，及配管
本發明係有關氧化還原液流電池等電解液循環型電池，將電解液循環型電池的電解液等腐蝕性液體予以冷卻之熱交換器，及用於腐蝕性液體的通路之配管。特別是有關不易使電解液氧化，而容易將電解液冷卻之電解液循環型電池。
蓄積太陽光發電或風力發電這類來自大自然能量的電力之其中一種大容量蓄電池，有所謂氧化還原液流電池(Redox Flow Battery，RF電池)等電解液循環型電池。RF電池，係為利用正極電解液中含有之離子及負極電解液中含有之離子的氧化還原電位差而進行充放電之電池。以RF電池而言，例如有專利文獻1所示者。
如圖4的RF電池之動作原理圖所示，專利文獻1之RF電池1，具備電池胞100，其藉由使氫離子透過之隔膜101而被分離成正極胞102與負極胞103。正極胞102中內藏有正極電極104，且透過具有供給通路108及排出通路110之循環路徑而與貯留正極電解液之正極電解 液槽106連接。同樣地，負極胞103中內藏有負極電極105，且透過具有供給通路109及排出通路111之循環路徑而與貯留負極電解液之負極電解液槽107連接。
各槽106、107內的電解液，是藉由設於各供給通路108、109的中途之泵浦112、113而從各供給通路108、109被供給至各胞102、103，並從各胞102、103流通於各排出通路110、111而被排出至各槽106、107，藉此在各胞102、103中循環。以電解液而言，具代表性者，係利用含有會因氧化還原反應而價數變化的釩離子這類金屬離子之水溶液。各通路108~111係和電解液直接接觸，故是由不會與電解液反應，對電解液的耐性優良之材料、聚氯乙烯(PVC)等樹脂之導管所構成。圖4中，實線箭頭意指充電、虛線箭頭意指放電。
RF電池1中，伴隨電池反應，電解液會發熱。由於此發熱，可能會發生電池效率降低，或和電解液相接之各通路108~111的構成樹脂軟化等劣化。作為其應對方案，RF電池1中，會在各排出通路110、111的中途設置冷卻裝置114、115。冷卻裝置114、115，一般而言具備：熱交換器(圖示略)，具有構成循環路徑的一部分之冷卻區域；及強制冷卻機構(圖示略)，將熱交換器內的電解液強制冷卻。
上述熱交換器的通路，如同各通路108~111，是由PVC等樹脂的導管所構成，從其入口至出口是以蛇行的方式設置。電解液在從熱交換器(導管)的入口 至出口的過程中會被奪走熱而受到冷卻。以冷卻而言，會利用以冷卻水來冷卻上述導管之水冷式、或對上述導管強制地進行送風之空冷式。上述熱交換器的通路，除上述般蛇行以外，例如亦有在從入口至出口的過程中以分枝成複數個直線狀的方式設置者。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2013-206566號公報
構成各通路108~111或熱交換器的通路的導管之構成樹脂亦即PVC，其散熱性差而不易使電解液冷卻。雖然減薄導管厚度便能提高散熱性，但會變得容易使氧氣透過。若氧氣侵入導管內，可能導致電解液因該氧氣而被氧化，電解液的有效量會減少。其結果，可能發生電池的放電容量降低或電池效率降低等。
本發明係有鑑於上述事態而研發，其目的之一在於提供一種不易使電解液氧化，而容易將電解液冷卻之電解液循環型電池。
本發明的另一目的，在於提供一種不易使流通內部的腐蝕性液體氧化，而容易將腐蝕性液體冷卻之熱 交換器。
本發明的另一目的，在於提供一種適合不易使流通內部的腐蝕性液體氧化，而容易將腐蝕性液體冷卻之配管。
本發明一個態樣之電解液循環型電池，具備電池胞、及在電池胞中使電解液循環之循環路徑。循環路徑具備複合導管，複合導管具有：管狀的本體部，由樹脂所構成；及氧氣阻擋層，形成於本體部的外周，由氧氣透過率比本體部還低之有機材料所構成。
本發明一個態樣之熱交換器，具備供腐蝕性液體流通之通路，在通路的至少一部分具備冷卻腐蝕性液體之冷卻區域。冷卻區域具備複合導管，複合導管具有：管狀的本體部，由樹脂所構成；及氧氣阻擋層，形成於本體部的外周，由氧氣透過率比本體部還低之有機材料所構成。
本發明一個態樣之配管，係供腐蝕性液體在內部流通。配管具備：管狀的本體部，由樹脂所構成；及氧氣阻擋層，形成於本體部的外周，由氧氣透過率比本體部還低之有機材料所構成。
上述電解液循環型電池，不易使電解液氧 化，而容易將電解液冷卻。
上述熱交換器，不易使流通內部的腐蝕性液體氧化，而容易將腐蝕性液體冷卻。
上述配管，適合不易使流通內部的腐蝕性液體氧化，而容易將腐蝕性液體冷卻。
1‧‧‧氧化還原液流電池(RF)電池
10‧‧‧複合導管
11‧‧‧本體部
12‧‧‧氧氣阻擋層
20、21‧‧‧冷卻裝置
30‧‧‧熱交換器
31‧‧‧流入路徑
32‧‧‧中繼路徑
33‧‧‧分歧路徑
34‧‧‧匯集路徑
35‧‧‧流出路徑
39‧‧‧連結部
40‧‧‧風扇
100‧‧‧電池胞
101‧‧‧隔膜
102‧‧‧正極胞
103‧‧‧負極胞
104‧‧‧正極電極
105‧‧‧負極電極
106‧‧‧正極電解液槽
107‧‧‧負極電解液槽
108、109‧‧‧供給通路
110、111‧‧‧排出通路
110u、111u‧‧‧上游側排出通路
110d、111d‧‧‧下游側排出通路
112、113‧‧‧泵浦
114、115‧‧‧冷卻裝置
120‧‧‧電池框
121‧‧‧雙極板
122‧‧‧框架
123、124‧‧‧給液歧管
125、126‧‧‧排液歧管
127‧‧‧密封構件
200‧‧‧電池堆
200s‧‧‧亞電池堆
201‧‧‧給排板
202i‧‧‧供給管道
202o‧‧‧排出管道
210、220‧‧‧端板
230‧‧‧鎖緊機構
231‧‧‧鎖緊軸
[圖1]實施形態1之氧化還原液流電池所具備的複合導管示意截面圖。
[圖2]實施形態1之氧化還原液流電池所具備的熱交換器示意概略圖。
[圖3]實施形態1之氧化還原液流電池所具備的電池堆概略構成圖。
[圖4]氧化還原液流電池的動作原理圖。
《本發明實施形態之說明》
首先列出本發明實施態樣之內容並予說明。
(1)本發明一個態樣之電解液循環型電池，具備電池胞、及在電池胞中使電解液循環之循環路徑。循環路徑具備複合導管，複合導管具有：管狀的本體部，由樹脂所構成；及氧氣阻擋層，形成於本體部的外周，由氧 氣透過率比本體部還低之有機材料所構成。
按照上述構成，便不易使電解液氧化。其理由在於，藉由具備氧氣阻擋層而使氧氣難以侵入，便能抑制電解液和氧氣接觸。
此外，容易將上述電解液冷卻。其理由在於，若將本體部的厚度做成愈薄，則雖然能提高散熱性但氧氣卻變得容易侵入，但藉由具備氧氣阻擋層而能使氧氣難以侵入本體部內，便能減薄本體部的厚度。
(2)作為上述電解液循環型電池的一個形態，可例舉出，具備設於循環路徑的中途之熱交換器。在此情形下，熱交換器具有形成循環路徑的一部分而將循環路徑內的電解液予以冷卻之冷卻區域。又，冷卻區域是由前述複合導管所構成。
按照上述構成，熱交換器中，藉由以上述複合導管來構成將電解液予以冷卻之冷卻區域，便能不使電解液氧化而良好地冷卻。
(3)作為上述電解液循環型電池的一個形態，可例舉出，本體部是由聚乙烯樹脂所構成，氧氣阻擋層是由乙烯-乙烯醇共聚物(ethylene-vinyl alcohol copolymer)樹脂所構成。
按照上述構成，藉由以熱傳導率高的聚乙烯樹脂來構成本體部，便能將電解液良好地冷卻。此外，聚乙烯樹脂的加工性優良，故容易加工成所需形狀。雖然聚乙烯樹脂的氧氣透過率高而容易使氧氣侵入，但藉由以氧 氣透過率低的乙烯-乙烯醇共聚物樹脂來構成氧氣阻擋層，便能抑制氧氣侵入至本體部內部。
(4)作為上述電解液循環型電池的一個形態，可例舉出，本體部的厚度為1mm以下。
按照上述構成，藉由具備氧氣阻擋層，便能將本體部的厚度做成1mm以下。藉由將本體部的厚度做成1mm以下，便能提高散熱性而將電解液良好地冷卻。
(5)作為上述電解液循環型電池的一個形態，可例舉出，循環路徑具備：複數個前述複合導管、及連結複合導管彼此之連結部。在此情形下，連結部是將前述複合導管彼此予以熔接而形成。
按照上述構成，由於是將複數個複合導管彼此予以熔接而連結，故相較於以黏著劑連結之情形，能夠提高複合導管彼此的接合強度。此外，能夠不需要黏著劑，且能消弭使用黏著劑所伴隨之作業繁雜性。再者，藉由熔接能提高連結部的密封性，能使電解液不易從連結部洩漏。
(6)作為上述電解液循環型電池的一個形態，可例舉出，具備將熱交換器予以空冷之風扇。
按照上述構成，便能將電解液良好地冷卻。此外，相較於將熱交換器予以水冷之情形，能使構成簡化。其理由在於，不需要對熱交換器供給(循環)冷卻水之泵浦或將冷卻水冷卻之冷卻機等構件。
(7)本發明一個態樣之熱交換器，具備供腐 蝕性液體流通之通路，及具備設於通路的至少一部分而冷卻腐蝕性液體之冷卻區域。冷卻區域具備複合導管，複合導管具有：管狀的本體部，由樹脂所構成；及氧氣阻擋層，形成於本體部的外周，由氧氣透過率比本體部還低之有機材料所構成。
按照上述構成，熱交換器的冷卻區域具備上述複合導管，藉此便不易使流通內部的腐蝕性液體氧化，而容易將腐蝕性液體冷卻。此處，腐蝕性液體係為由於化學反應、電池反應、或通電造成之焦耳熱等而發熱之液體，且為流通中必須散熱之液體。
(8)本發明一個態樣之配管，係供腐蝕性液體在內部流通。配管具備：管狀的本體部，由樹脂所構成；及氧氣阻擋層，形成於本體部的外周，由氧氣透過率比本體部還低之有機材料所構成。
按照上述構成，配管具備氧氣阻擋層，藉此便不易使流通內部之腐蝕性液體氧化。此外，配管具備氧氣阻擋層，藉此能減薄本體部的厚度，故適合將腐蝕性液體冷卻。
《本發明實施形態之詳細》
以下參照圖面，說明本發明實施形態之詳細。另，本發明並非限定於該些例示，而是意圖包括申請專利範圍所揭示，與申請專利範圍之意義均等及其範圍內的所有變更。此處，作為電解液循環型電池，是以氧化還原液流電 池(RF電池)為例來說明。
[實施形態1]
實施形態之RF電池，如同以圖4說明之習知RF電池般，具備：電池胞100、及使槽106內的正極電解液在正極胞102中循環之循環路徑(供給通路108、排出通路110)、及使槽107內的負極電解液在負極胞103中循環之循環路徑(供給通路109、排出通路111)。各極電解液的循環，是藉由設於各循環路徑的中途之泵浦112、113來進行。實施形態之RF電池的主要特徵在於，循環路徑具備特定構造、材質之複合導管。亦即，實施形態1之RF電池，其循環路徑的構成與習知RF電池相異，故以下實施形態中是以該循環路徑的構成為中心來做說明。本形態具備冷卻裝置，冷卻裝置包括設於循環路徑的中途之熱交換器。熱交換器，具有構成循環路徑的一部分之冷卻區域。熱交換器的冷卻區域是以上述複合導管來構成。以下，先依序說明複合導管的構成，具備該複合導管之熱交換器(冷卻裝置)的構成，其後再說明其他構成。有關與習知相同之構成，係和圖4標註同一符號並省略其說明。
[複合導管]
圖1所示之複合導管10，其內部供後述電解液流通。複合配管10為多層構造，具備：管狀的本體部11，由樹脂所構成；及氧氣阻擋層12，形成於本體部11的外 周，由氧氣透過率比本體部11還低之有機材料所構成。
(本體部)
本體部11，其內部形成供電解液流通之通路。本體部11的構成樹脂，可例舉出不會與電解液反應，對於電解液的耐性優良之樹脂。具體的樹脂，可舉出聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、及聚四氟乙烯(PTFE)等，其中又以PE能合適地利用。通常，PE樹脂相較於習知一般使用之PVC樹脂而言，其氧氣透過率高而容易使氧氣侵入內部，但藉由具備後述之氧氣阻擋層12，便能使用PE樹脂作為本體部11的構成材料。PE樹脂，相較於上述其他樹脂而言熱傳導率高，故容易將電解液冷卻。此外，彎曲等加工性優良，例如若為了增長循環路徑的一部分亦即熱交換器的長度(以下或稱為強制冷卻長度)，而使本體部11蛇行的情形下，相較於PVC樹脂而言能更減小全體尺寸。再者，PE樹脂能夠熔接，故例如可藉由熔接來進行複合導管10彼此的接合，能夠不需要黏著劑，且能消弭使用黏著劑所伴隨之作業繁雜性。此處，本體部11是由PE樹脂所構成。
本體部11的形狀如上述般為管狀，其截面形狀可例舉出圓形、橢圓、矩形等多角形等。若截面形狀為圓形或橢圓，則相較於多角形，而能減小電解液流通時的壓力損失。特別是若截面形狀為圓形，則容易將電解液均等地冷卻。此處，本體部11的截面形狀為圓形。
本體部11的厚度，愈薄愈能提高電解液的冷卻性能，故愈薄愈佳。如習知般以PVC樹脂所構成之導管，若予以減薄則氧氣會變得容易侵入，故難以減薄，若是構成RF電池的熱交換器的情形下，必須有2mm以上的厚度。相對於此，按照本形態之複合導管10，藉由具備後述氧氣阻擋層12，便能抑制氧氣侵入至本體部11內，故能減薄本體部11的厚度。具體而言，能將本體部11的厚度做成1mm以下，更能做成0.7mm以下。本體部的厚度較佳是做成0.5mm以上。如此一來，本體部11的機械強度優良。特別是，本體部11厚度，可考量和氧氣阻擋層12的厚度之間的均衡性來適當選擇，而使複合導管10的厚度成為1mm以下、或更成為0.7mm以下。
(氧氣阻擋層)
氧氣阻擋層12，係抑制氧氣從外部侵入至本體部11內。氧氣阻擋層12，係遍布本體部11的全長而包覆其外周。氧氣阻擋層12的形狀，係為與本體部11的外面形狀相應之形狀，例如當本體部11為圓筒管的情形下，氧氣阻擋層12的形狀亦為圓筒狀。
氧氣阻擋層12的材質，如上述般可例舉出氧氣透過率比本體部11還低之有機材料。藉由以氧氣透過率低的有機材料來構成氧氣阻擋層12，便能抑制氧氣侵入至本體部11內，且還能減薄本體部11的厚度，提高電解液的冷卻性能。具體而言，可舉出乙烯-乙烯醇共聚物 樹脂(乙烯-醋酸乙烯酯隨機共聚物皂化物)、聚偏二氯乙烯(polyvinylidene chloride；PVDC)樹脂、聚乙烯醇樹脂、尼龍6(Nylon 6)等。
氧氣阻擋層12的厚度，較佳是做成20μm以上500μm以下。藉由將氧氣阻擋層12的厚度做成20μm以上，便能良好地抑制氧氣侵入。藉由將氧氣阻擋層12的厚度做成500μm以下，便不會變得過厚而能將電解液有效率地冷卻。
複合導管10的製造，例如可藉由以下(1)~(3)之方法來進行。(1)在擠出成形之本體部11的外周，以黏著劑貼附氧氣阻擋層12的膜(film)或片(sheet)。(2)在擠出成形之本體部11，擠出被覆氧氣阻擋層12。(3)將本體部11與氧氣阻擋層12同時擠出成形，於本體部11成形的同時在本體部11的外周形成氧氣阻擋層12。按照上述(2)或(3)之方法，能提高本體部11與氧氣阻擋層12之接合性。再者，不會形成當貼附膜或片時所形成之接縫，故能遍布本體部11的外周全周而無間隙地形成氧氣阻擋層12，能夠進一步抑制電解液的氧化。特別是，按照上述(3)之方法，能夠將本體部11與氧氣阻擋層12同時成形，故能提高複合導管10的生產性。
[冷卻裝置]
圖2、4所示之冷卻裝置20、21，是藉由奪走各極電 解液的熱而將電解液予以冷卻。冷卻裝置20、21具備：熱交換器30，設於各極的循環路徑的中途，具有構成循環路徑的一部分之冷卻區域；及強制冷卻機構，將熱交換器30強制冷卻。本形態中，如上述般係將熱交換器30以上述複合導管10來構成。
(熱交換器)
熱交換器30中，循環路徑內的電解液係受到冷卻。此處的冷卻，亦可為自然放涼所致之冷卻，但藉由設計成後述強制冷卻機構所致之強制冷卻，能將電解液良好地冷卻。熱交換器30的設置處，可為供給通路108、109的中途、或排出通路110、111的中途之任一者，但較佳是設計為排出通路110、111的中途。各極電解液，會伴隨電池反應而發熱。因此，藉由將熱交換器30的設置處設計為排出通路110、111的中途，能將電解液良好地冷卻。此處，將熱交換器30的設置處設計為排出通路110、111的中途。
熱交換器30的入口(圖2中為流入路徑31)，係與排出通路110、111(圖4)當中的上游側排出通路110u、111u連接，熱交換器30的出口(圖2中為流出路徑35)，係與下游側排出通路110d、111d連接。從各極胞102、103被排出之電解液，是從上游側排出通路110u、111u經由熱交換器30的入口而流通至熱交換器30內，在從熱交換器30的入口至出口的過程中，電解液的 熱被奪走。被奪走熱的電解液，從熱交換器30的出口經由下游側排出通路110d、111d而被排出至各極槽106、107。
從熱交換器30的入口至出口的通路，能夠由連續的1條通路所構成、或由複數個通路所構成。做成連續的1條通路的情形下，較佳是使通路蛇行。如此一來，在設計成同一通路截面積且同一通路長度的情形下，相較於將通路做成直線狀，能夠讓熱交換器30的尺寸乃至於冷卻裝置20、21的尺寸小型化。此外，將熱交換器30設計成同一尺寸的情形下，相較於直線狀的通路，能夠將構成通路之複合導管10的表面積增大(增長強制冷卻長度)，而容易將電解液冷卻至所需溫度。當設計成複數個通路的情形下，可將各通路做成直線狀，亦可使其蛇行。當和連續的1條通路為同一通路截面積且同一通路長度的情形下，藉由以複數個通路來構成，便能減小各通路截面積(直徑)，故能將構成各通路之複合導管10的合計表面積增大。此外，由於能夠減小各通路截面積(直徑)，藉此便使其容易冷卻到通路的中心部分。
此處，將從熱交換器30的入口至出口的通路，以複數個通路來構成。具體而言，熱交換器30具備：使電解液流入至熱交換器30(冷卻裝置20、21)內之流入路徑31、及使電解液流出至熱交換器30(冷卻裝置20、21)外之流出路徑35、及在流入路徑31與流出路徑35之間主要用來冷卻熱交換器30當中的電解液之複數 個分歧路徑33。流入路徑31及流出路徑35與複數個分歧路徑33，是分別透過中繼路徑32及匯集路徑34而連結。又，各通路31~35是由複合導管10所構成。
流入路徑31，係使從各極胞102、103被排出之電解液流入至熱交換器30(冷卻裝置20、21)內。流入路徑31的一端與上游側排出通路110u、111u(圖4)連結。
中繼路徑32，係將流入路徑31與複數個分歧路徑33予以中繼，讓從流入路徑31流入之電解液分歧至各分歧路徑33。中繼路徑32的一端與流入路徑31的中途連結，另一端為閉口。在中繼路徑32的中途，連結著複數個分歧路徑33。
各分歧路徑33，係主要冷卻熱交換器30當中的電解液之通路。各分歧路徑33的一端與中繼路徑32連結，另一端與匯集路徑34連結。各分歧路徑33，從一端至另一端可做成直線狀亦可使其蛇行。當做成直線狀的分歧路徑33的情形下，便不需將構成分歧路徑33之複合導管10做彎曲加工，且相較於蛇行之分歧路徑33而言電解液的壓力損失較少。當做成蛇行的分歧路徑33的情形下，若設計成同一通路截面積且同一通路長度，則相較於直線狀的分歧路徑33，能夠讓熱交換器30的尺寸乃至於冷卻裝置20、21的尺寸小型化。此外，藉由將複合導管10的本體部11以PE樹脂來構成，便容易做彎曲加工，故相較於如習知般將PVC樹脂導管做彎曲加工來構成蛇 行之通路的情形，能讓熱交換器30(冷卻裝置20、21)的尺寸小型化。另一方面，若將熱交換器30設計成同一尺寸，則相較於直線狀的分歧路徑33，能夠將複合導管10的表面積增大(增長強制冷卻長度)，而容易將電解液冷卻至所需溫度。此處，將各分歧路徑33構成為直線狀，且以在中繼路徑32與匯集路徑34之間彼此平行的方式予以並排配置。各分歧路徑33的截面積(直徑)，相較於構成熱交換器30之其他通路(流入路徑31、中繼路徑32、匯集路徑34、及流出路徑35)而言做成較小(細)。
匯集路徑34，係將流通過複數個分歧路徑33之電解液予以匯集，且將電解液輸送至流出路徑35。匯集路徑34的一端與流出路徑35連結，另一端為閉口。在匯集路徑34的中途，連結著各分歧路徑33的另一端。
流出路徑35，係使從匯集路徑34輸送而來的電解液流出至熱交換器30(冷卻裝置20、21)外。流出路徑35的一端與下游側排出通路110d、111d(圖4)連結。
該些流入路徑31與中繼路徑32、中繼路徑32與各分歧路徑33、各分歧路徑33與匯集路徑34、以及匯集路徑34與流出路徑35的連結，是分別透過連結部39而進行。另，圖2中揭示中繼路徑32及匯集路徑34與各分歧路徑33之間的連結部39，除此以外的連結部則省略圖示。各連結部39，較佳是將構成各者之複合導管 10彼此予以熔接來形成。藉由將複合導管10的本體部11以PE樹脂來構成，便能將各連結部39熔接形成。藉由熔接複合導管10彼此，複合導管10彼此的接合便能夠不需要黏著劑，且能消弭使用黏著劑所伴隨之作業繁雜性。此外，藉由熔接能提高連結部39的密封性，容易防止電解液的洩漏。連結部39的表面，容許本體部11從氧氣阻擋層12露出。這是因為，本體部11雖會因熔接而在連結部39的表面露出，但露出處相對於熱交換器30全體的比例而言較小，從露出處侵入的氧氣所造成之電解液氧化的影響較小的緣故。
(強制冷卻機構)
強制冷卻機構，可例舉出以冷卻水冷卻之水冷式、或進行送風之空冷式。水冷式的情形下，可例舉出將熱交換器30收納於容器內，並在容器內供給(循環)冷卻水。在此情形下，較佳是藉由冷卻水而能抑制來自外部的氧氣侵入，但冷卻水中可能會溶存有氧氣。由於是以上述複合導管10來構成熱交換器30，故也能抑制溶存於冷卻水中之氧氣的侵入。另一方面，空冷式的情形下，可例舉出設置風扇40。在此情形下，冷卻水本身當然便不需要，且亦不需要供給(循環)冷卻水之泵浦或冷卻水的冷卻機等構件，故相較於水冷式能讓強制冷卻機構小型化且簡化。此處，強制冷卻機構是由風扇40所構成。
風扇40的配置處，可以是熱交換器30全 體，特別是風能夠吹到分歧路徑33之位置。舉例來說，可設於與分歧路徑33的長邊及並排方向這兩者正交之位置，亦可設於順著分歧路徑33的流通方向之位置。此處，是設於順著分歧路徑33的流通方向之位置，即匯集路徑34的正上方。
另，熱交換器30雖是由各通路31~35所構成，但亦可將中繼路徑32、複數個分歧路徑33、及匯集路徑34做成1個冷卻單元，而熱交換器30由流入路徑31及複數個上述冷卻單元及流出路徑35所構成。在此情形下，使冷卻單元彼此並排配置，將各冷卻單元中的中繼路徑32的一端與流入路徑31的中途連接，將匯集路徑34的一端與流出路徑35的中途連接。亦即，圖2中，在紙面背側並排配置有複數個冷卻單元。
(電解液)
各極電解液，此處均是如圖4所示般使用釩離子水溶液，但電解液並非限定於釩離子水溶液。舉例來說，各極電解液的組合，可舉出以下例子。(1)正極電解液含有錳離子，負極電解液含有由鈦離子、釩離子、鉻離子、鋅離子、及錫離子所選擇之至少一種金屬離子。(2)正極電解液含有錳離子及鈦離子這兩者，負極電解液含有由鈦離子、釩離子、鉻離子、鋅離子、及錫離子所選擇之至少一種金屬離子。(3)正極電解液及負極電解液，含有錳離子及鈦離子這兩者。(4)正極電解液含有鐵離子，負 極電解液含有由鈦離子、釩離子、鉻離子、鋅離子、及錫離子所選擇之至少一種金屬離子。
電解液的溶媒，能夠利用由H2SO4、K2SO4、Na2SO4、H3PO4、H4P2O7、K2HPO4、Na3PO4、K3PO4、HNO3、KNO3、HCl、及NaNO3所選擇之至少一種的水溶液。特別是含有硫酸陰離子(SO4 2-)者容易利用。
[其他構成之說明]
RF電池1，如圖3所示，係具備電池堆(cell stack)200，其是將具備複數個電池胞100之亞電池堆(sub-stacks)200s予以層積複數個而構成。電池堆200，是將層積之複數個亞電池堆200s從其兩側以2片端板(end plate)210、220予以包夾，並藉由鎖緊機構230鎖緊而構成。鎖緊機構230，例如是由鎖緊軸231，及與鎖緊軸231兩端螺合之螺帽(圖示略)，及介於螺帽與端板210之間之壓縮彈簧(圖示略)，所構成。
各亞電池堆200s具備層積體，其是藉由依序將：具備保持雙極板121與雙極板121的外周緣之框架122的電池框120、正極電極104、隔膜101、及負極電極105，予以層積而形成。此構成之情形中，鄰接之電池框120的雙極板121之間會形成一個電池胞100。又，各亞電池堆200s具備：配置於層積體的兩側之一對集電板、及配置於一對集電板的兩側之一對給排板201。集電板係與位於上述層積體的層積方向兩端之雙極板121導通。 又，具有端子部，其從一對給排板201之間(給排板201與端部的雙極板121之間)朝向比集電板的周緣還外側突出。透過該端子部，來進行亞電池堆200s的電池胞100與外部機器之間的電氣輸出入。
在各給排板201組裝有：與供給通路108(109)連接之供給管道202i、及與排出通路110(111)連接之排出管道202o。透過該管道202i、202o，進行亞電池堆200s與各槽106、107之間的各電解液的流通。
亞電池堆200s內的電解液的流通，是藉由形成於框架122之給液歧管123、124，及排液歧管125、126來進行。正極電解液，是從給液歧管123經由形成於框架122的一面側(紙面表側)之溝而供給至正極電極104，而經由形成於框架122的上部之溝排出至排液歧管125。同樣地，負極電解液，是從給液歧管124經由形成於框架122的另一面側(紙面背側)之溝而供給至負極電極105，而經由形成於框架122的上部之溝排出至排液歧管126。在各框架122間，配置有O型環或平墊圈(flat packing)等環狀的密封構件127，以抑制電解液從亞電池堆200s洩漏。
[作用效果]
按照上述RF電池1，係發揮以下效果。
(1)將熱交換器30的各通路31~35，以具備本體部11與氧氣阻擋層12之複合導管10來構成，藉此便不 會使流通於熱交換器30內之電解液氧化而能良好地冷卻。藉由本體部11外周的氧氣阻擋層12，能夠抑制氧氣侵入至本體部11內。由於能以氧氣阻擋層12來抑制氧氣侵入，藉此便能減薄本體部11的厚度，故可提高電解液的散熱性。是故，能夠抑制電解液氧化所造成之電解液有效量減少，能抑制電池的放電容量降低或電池效率降低等。
(2)構成複合導管10之本體部11及氧氣阻擋層12這兩者是由樹脂所構成，故能讓熱交換器30乃至於冷卻裝置20、21輕量化。特別是由於能減薄複合導管10的厚度，故有助於熱交換器30(冷卻裝置20、21)的輕量化。此外，就算電解液從複合導管10彼此的連結部39洩漏，氧氣阻擋層12也不會腐蝕，且由於複合導管10不具備導電性構件，故不會有複合導管10變成漏電路徑等問題。
[實施形態2]
作為實施形態2，能夠在實施形態1的構成(以複合導管10來形成冷卻裝置20、21的熱交換器30)的基礎上，更以複合導管10來構成各循環路徑(通路108~111)。在此情形下，能夠將連結上游側排出通路110u、111u與流入路徑31之連結部、及連結下游側排出通路110d、111d與流出路徑35之連結部，分別予以熔接來形成。如上述般，習知是將各循環路徑及熱交換器以PVC 樹脂來構成。習知之情形中，一般而言，各循環路徑與熱交換器之接合是藉由黏著劑來進行、或藉由機械性接合(螺栓或螺帽)來進行。相對於此，按照本形態，是將各循環路徑及熱交換器30以相同的複合導管10來構成，藉此便可藉由熔接來進行兩者的接合。因此，能夠不需要黏著劑或螺栓及螺帽等，且能消弭使用該些物品所伴隨之連接作業繁雜性。
按照此形態，是將各循環路徑以複合導管10來構成，藉此在流通於各循環路徑時亦能抑制電解液的氧化。再者，雖然並非如熱交換器30(冷卻裝置20、21)般為強制冷卻機構所致之冷卻，而是自然冷卻，但在各循環路徑亦能冷卻電解液，可提高電解液的冷卻性能。此外，除了各循環路徑與熱交換器之接合以外，各循環路徑與各槽106、107之接合或各循環路徑與電池堆之接合也可藉由熔接來進行。
[實施形態3]
實施形態1、2中，是將複合導管10以本體部11及氧氣阻擋層12之兩層構造來構成。作為實施形態3，可以設計成下述形態，即，複合導管具備本體部、及氧氣阻擋層、及形成於氧氣阻擋層的外周之單層或多層保護層。藉由在氧氣阻擋層的外周具備保護層，便能以機械方式保護氧氣阻擋層。保護層能和上述本體部以同樣的樹脂來構成，特別是和本體部以同一樹脂來構成較佳。如此一來， 便能將電解液良好地冷卻。此處，是由PE樹脂所構成。本體部與保護層的合計厚度，較佳是做成1mm以下、更佳是做成0.7mm以下。上述合計厚度，較佳是做成0.5mm以上。又，較佳是將複合導管全體的厚度做成1mm以下、更佳是0.7mm以下。該複合導管的製造，以本體部及氧氣阻擋層及保護層的3層同時擠出成形為合適。
按照此形態，以氧氣阻擋層外周的保護層來保護氧氣阻擋層的同時，本體部及保護層的合計厚度相較於上述2層構造之情形也不會變厚，故不會使電解液的散熱性降低，能將電解液良好地冷卻。
[實施形態4]
實施形態1~3中，說明了下述形態，即，供RF電池的電解液流通之熱交換器或循環路徑，係具備複合導管。作為實施形態4，能夠設計成下述形態，即，RF電池的電解液以外之腐蝕性液體的通路，係具備複合導管。腐蝕性液體係為由於化學反應、電池反應、或通電造成之焦耳熱等而發熱之液體，且為流通中必須散熱之液體。特別是包括硫酸、硝酸、及鹽酸等使金屬腐蝕之液體。像這樣供腐蝕性液體流通之熱交換器的通路當中，能夠藉由上述複合導管，來構成設於通路的至少一部分而冷卻腐蝕性液體之冷卻區域。
另，上述實施形態1~3之RF電池1中，是設計成下述形態，即，具備將具備複數個電池胞的亞電池 堆予以層積複數個而成之電池堆；但RF電池1亦可為單胞之電池，或為具備在一組給排板之間將複數個電池胞予以層積而成之電池堆的形態。
[產業利用性]
本發明的一個態樣之電解液循環型電池，對於太陽光發電、風力發電等新穎能量的發電而言，能夠適合利用於以發電輸出變動之穩定化、發電電力剩餘時之蓄電、負載平準化等為目的之用途。此外，本發明的一個態樣之電解液循環型電池，還能併設於一般的發電所中，適合利用來作為以因應瞬間壓降、停電或負載平準化為目的之大容量蓄電池。又，本發明的一個態樣之熱交換器，除了利用於本發明的一個態樣之電解液循環型電池，如RF電池外，還能適合利用於藥液用熱交換器等。本發明的一個態樣之配管，除了利用於本發明的一個態樣之熱交換器或本發明的一個態樣之電解液循環型電池，如RF電池的熱交換器或循環路徑外，還能適合利用於藥液用配管等。

Claims (6)

  1. 一種電解液循環型電池，為具備電池胞、及在前述電池胞中使電解液循環之循環路徑的電解液循環型電池，其特徵為：前述循環路徑具備複合導管，前述複合導管具備：管狀的本體部，由聚乙烯樹脂所構成；及氧氣阻擋層，形成於前述本體部的外周，由氧氣透過率比前述本體部還低之乙烯-乙烯醇共聚物樹脂所構成；及保護層，形成於前述氧氣阻擋層的外周，以機械方式保護前述氧氣阻擋層，前述複合導管全體的厚度為1mm以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電解液循環型電池，其中，更具備設於前述循環路徑的中途之熱交換器，前述熱交換器具有形成前述循環路徑的一部分而將前述循環路徑內的前述電解液予以冷卻之冷卻區域，前述冷卻區域是由前述複合導管所構成。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之電解液循環型電池，其中，前述循環路徑具備：複數個前述複合導管；及連結前述複合導管彼此之連結部；前述連結部，是將前述複合導管彼此予以熔接而形成。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之電解液循環型電池，其中，具備將前述熱交換器予以空冷之風扇。
  5. 一種熱交換器，為具備供腐蝕性液體流通之通路，在前述通路的至少一部分具備冷卻前述腐蝕性液體之冷卻區域的熱交換器，其特徵為：前述冷卻區域具備複合導管，前述複合導管具備：管狀的本體部，由聚乙烯樹脂所構成；及氧氣阻擋層，形成於前述本體部的外周，由氧氣透過率比前述本體部還低之乙烯-乙烯醇共聚物樹脂所構成；及保護層，形成於前述氧氣阻擋層的外周，以機械方式保護前述氧氣阻擋層，前述複合導管全體的厚度為1mm以下。
  6. 一種配管，為供腐蝕性液體在內部流通之配管，其特徵為，具備：管狀的本體部，由聚乙烯樹脂所構成；及氧氣阻擋層，形成於前述本體部的外周，由氧氣透過率比前述本體部還低之乙烯-乙烯醇共聚物樹脂所構成；及保護層，形成於前述氧氣阻擋層的外周，以機械方式保護前述氧氣阻擋層，前述配管全體的厚度為1mm以下。
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