WO2014045337A9 - レドックスフロー電池 - Google Patents

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electrolyte
battery
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貴浩 隈元
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住友電気工業株式会社
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    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a redox flow battery (hereinafter sometimes referred to as “RF battery”).
  • RF battery redox flow battery
  • the present invention relates to an RF battery that can reduce the leakage of electrolyte in a tank in the event of an accident.
  • FIG. 6 shows a configuration of a conventional RF battery disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-43884).
  • a conventional RF battery 100 includes a battery element 100c in which a diaphragm 101 is interposed between a positive electrode cell 102 incorporating a positive electrode 104 and a negative electrode cell 103 incorporating a negative electrode 105, and a circulation mechanism.
  • Tanks 106 and 107; upstream pipes 108 and 109; downstream pipes 110 and 111; pumps 112 and 113), and a positive electrode electrolyte and a negative electrode electrolyte are circulated and supplied to the battery element 100c using a circulation mechanism.
  • a circulation mechanism For example, charging and discharging can be performed.
  • the electrolytic solution typically, an aqueous solution containing metal ions such as vanadium ions whose valence changes by oxidation-reduction is used.
  • the ions in the tanks 106 and 107 are illustrative.
  • the solid line arrow means charging
  • the broken line arrow means discharging.
  • one end of the upstream pipes 108 and 109 for supplying the positive and negative electrolytes to the battery element 100c is attached to the bottom side (lower side) of the tanks 106 and 107, and the other end is attached. It is attached to the bottom side (lower side) of the battery element 100c. Further, in the conventional RF battery 100, downstream pipes 110 and 111 for returning the electrolytic solution from the battery element 100 c to the tanks 106 and 107 of each electrode are attached above the tanks 106 and 107.
  • the electrolyte used in the RF battery is a deleterious substance such as a sulfuric acid solution. If a large amount of the electrolyte is leaked, the safety of workers may be impaired, the environment may be affected, and surrounding facilities may be soiled. There is.
  • an object of the present invention is to provide a redox flow battery that can reduce the leakage of the electrolyte in the tank in the event of an accident.
  • an electrolytic solution outlet in the tank is provided on the liquid surface side of the electrolytic solution in the tank, that is, on the upper side of the tank, and the electrolytic solution in the tank is used as a battery.
  • the form which supplies to an element can be considered.
  • the only electrolyte that leaks outside the tank is the electrolyte located above the outlet among the electrolyte in the tank. It can be.
  • the leakage amount of the electrolytic solution in the tank can be limited by the installation position of the outlet for the electrolytic solution in the tank. Therefore, the higher the installation position of the electrolyte outlet in the tank is from the bottom of the tank, in other words, the closer the electrolyte level is in the tank, the lower the amount of electrolyte leakage from the tank. It can be said.
  • the outlet for the electrolyte is provided on the upper side of the tank and the downstream pipe is attached to the upper side of the tank, the electrolyte returned to the upper side of the tank via the downstream pipe is immediately transferred to the upper side of the tank.
  • the battery element is supplied from an outlet provided in the battery.
  • the electrolyte does not sufficiently convect in the tank, and only a part of the electrolyte in the tank (the electrolyte near the liquid surface in the tank) is mainly used, so that it is not substantially used for charging and discharging. Electrolyte can be generated. Such a decrease in the utilization rate of the electrolyte causes a decrease in the characteristics of the RF battery.
  • the present inventor provided an outlet on the liquid surface side of the electrolytic solution in the tank, and provided piping in the tank so that not only the electrolytic solution in the vicinity of the outlet but also the electrolytic solution on the bottom side of the tank can be taken out. Considered installation.
  • the present inventor studied a form in which the piping was accommodated in the tank and a part of the upstream piping and the pump were installed on the bottom side of the electrolytic solution in the tank.
  • one end of the pipe stored in the tank is open on the bottom side of the tank, and a part of the upstream pipe is installed at a position higher than the opening of the pipe stored in the tank.
  • the other part of the upstream piping is installed at a position lower than the liquid level of the electrolytic solution in the tank.
  • the present inventor has studied a mode in which the pipe housed in the tank is connected to the downstream pipe and the electrolyte from the battery element is returned to the bottom side of the tank.
  • an electrolytic solution return port downstream piping opening
  • a pipe stored in the tank is connected to the return port. Open on the bottom side of the tank.
  • the present invention is as follows: (1) opening an upstream pipe or downstream pipe on the liquid surface side of the electrolytic solution in the tank, (2) installing a pipe in the tank, (3) It is proposed that the pipe in the tank is opened on the bottom side of the tank and connected to the upstream pipe or the downstream pipe, and (4) a through hole is provided at a specific position of the pipe in the tank.
  • the RF battery according to the present invention performs charging / discharging by supplying the electrolytic solution in the tank to the battery element.
  • the upstream pipe for supplying the electrolytic solution in the tank to the battery element, and the electrolytic solution from the battery element Downstream piping returning to the tank.
  • a part of the electrolyte flow path constituted by the upstream pipe, the battery element, and the downstream pipe is a low position portion installed at a position lower than the liquid level of the electrolyte in the tank.
  • the RF battery according to the present invention includes a storage pipe that is installed in a tank and connected to an upstream pipe or a downstream pipe.
  • One end of the upstream pipe or the downstream pipe connected to one end of the storage pipe is open to a position near the liquid level of the electrolytic solution in the tank or an upper space above the liquid level.
  • the other end of the storage pipe opens to a position near the bottom of the tank.
  • a leakage prevention hole is provided at a position near the liquid surface of the electrolyte in the tank. And the leakage prevention hole is smaller than the opening part of the other end side of storage piping.
  • the “position close to the liquid level” means that the distance from the bottom of the tank to the liquid level of the electrolyte in the tank is L when the above-mentioned accident has not occurred.
  • the position is greater than (L / 2) and less than L from the bottom.
  • the “position close to the bottom” is a position of (L / 2) or less from the bottom of the tank.
  • the tank when the storage pipe is connected to the upstream pipe, the tank is located near the liquid level of the electrolyte in the tank or above the liquid level, that is, above the tank.
  • An outlet for the electrolytic solution (opening on one end side of the upstream pipe) is provided, and the electrolytic solution from the outlet is supplied to the battery element.
  • an electrolyte return port (an opening on one end of the downstream pipe) is provided on the upper side of the tank, and the battery element From the return port into the tank.
  • the RF battery according to the present invention includes a storage pipe opened near the bottom of the tank in the tank, and a low position portion installed at a position lower than the liquid level of the electrolytic solution in the tank. Is done. Since the RF battery according to the present invention has the above-described configuration, the shape connecting the storage pipe and a part of the electrolyte flow path installed outside the tank (part including the low position part) An upward convex shape (for example, an inverted U shape, an inverted V shape, or a saddle shape) is formed. Therefore, the RF battery according to the present invention includes an upwardly convex shape in the path through which the electrolyte flows.
  • the RF battery according to the present invention has an upwardly convex shape when an accident occurs such as damage to an upstream pipe and a downstream pipe connecting the storage pipe and the battery element, and a pump installed in the upstream pipe. Due to the principle of siphon using the part, the electrolyte in the tank can be moved to the outside of the tank through the storage pipe.
  • the RF battery according to the present invention has a leakage prevention hole at a position near the liquid surface of the electrolytic solution in the tank in the storage pipe, that is, the upper side of the tank, the electrolytic solution leaking from the tank to the outside is provided. In the electrolytic solution in the tank, the amount existing above the leakage prevention hole can be suppressed.
  • the RF battery according to the present invention can take out the electrolyte solution on the bottom side of the tank or return the electrolyte solution to the bottom side of the tank. The amount of leakage can be reduced.
  • the pump for circulating the electrolyte to the battery element is provided. Loss can be reduced.
  • the outlet or return port for the electrolytic solution in the tank is open above the tank as described above, and the storage pipe that actually sucks out the electrolytic solution in the tank.
  • the other end of the storage pipe or the other end of the storage pipe that actually discharges the electrolyte into the tank opens at a position near the bottom of the tank, that is, on the lower side of the tank.
  • the RF battery according to the present invention there is a form in which one end of the storage pipe is connected to the upstream pipe and a low position portion is provided in a part of the upstream pipe.
  • a low position portion is provided in a part of the upstream pipe.
  • each of the above two forms has a convex shape, for example, an inverted U-shape formed by connecting the storage pipe and the low position part provided in the upstream pipe.
  • the leakage amount of the electrolyte in the tank can be limited by the leakage prevention hole.
  • one end of the storage pipe is connected to the upstream pipe
  • one end of the downstream pipe is opened at a position near the liquid surface of the electrolyte solution in the tank or in a space above the liquid surface.
  • one end of the upstream pipe is opened at a position near the liquid surface of the electrolytic solution in the tank, or one end of the upstream pipe is opened in a space above the liquid level.
  • another upstream pipe connected to the upstream pipe in the electrolytic solution in the tank is connected.
  • the former form allows the electrolyte returned from the battery element to the upper side of the tank to be connected to the battery element from the bottom side (lower side) of the tank by the storage pipe connected to the upstream pipe. Can be supplied.
  • the latter form can supply the electrolyte solution returned to the bottom side (lower side) of the tank by the storage pipe connected to the downstream pipe from the upper side of the tank to the battery element. Therefore, all of the above forms are forms in which the electrolytic solution can sufficiently convect in the tank, so that the entire electrolytic solution in the tank can be fully utilized, and the utilization rate of the electrolytic solution in the tank is increased. Can do.
  • the diameter of the leakage prevention hole is ⁇ h and the diameter of the opening on the other end side of the storage pipe is ⁇ i
  • the diameter ⁇ h of the leakage prevention hole is 1 mm or more ( ⁇ i / The form which is less than 2) is mentioned.
  • the leakage prevention hole since the leakage prevention hole has a specific size, it is possible to limit the amount of leakage of the electrolytic solution in the tank at the time of an accident as described above. The loss of the pump when supplying to the battery element can be reduced.
  • the RF battery according to the present invention can reduce the amount of electrolyte leakage in the tank in the event of an accident.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an RF battery according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the RF battery according to the second embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the RF battery according to the third embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the RF battery according to the fourth embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the RF battery according to the fifth embodiment.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the operation principle of the conventional RF battery disclosed in Patent Document 1. In FIG.
  • FIG. 1 the schematic block diagram of RF battery of Embodiment 1 is shown. Since the RF battery 1 of Embodiment 1 has the same piping structure on the positive electrode side and the piping structure on the negative electrode side, the description is mainly given of the piping structure on the positive electrode side as an example.
  • the RF battery 1 includes a battery element 100c and a circulation mechanism (for example, a positive electrode tank 106; a negative electrode tank 107; a positive electrode upstream pipe 11) that circulates and supplies a positive electrode electrolyte and a negative electrode electrolyte to the battery element 100c.
  • the RF battery 1 is connected to a power generation unit (for example, a solar power generator, a wind power generator, or a general power plant) and a load such as a power system or a consumer via an AC / DC converter. Then, charging is performed using the power generation unit as a power supply source, and discharging is performed using the load as a power supply target.
  • a power generation unit for example, a solar power generator, a wind power generator, or a general power plant
  • a cell stack including a stacked body of a positive electrode cell 102 having a positive electrode, a negative electrode cell 103 having a negative electrode, and a diaphragm 101 provided between the positive electrode cell 102 and the negative electrode cell 103.
  • a positive electrode cell 102 and the negative electrode cell 103 for example, a bipolar electrode in which a positive electrode is provided on one surface and a negative electrode is provided on the other surface, a supply hole for supplying an electrolyte solution, and a drain hole for discharging an electrolyte solution
  • a cell frame having a structure in which a frame is provided on the outer periphery of the plate can be used.
  • the liquid supply hole and the liquid discharge hole constitute a flow path for the electrolytic solution.
  • the cell stack is configured by stacking a cell frame, a positive electrode cell 102, a diaphragm 101, a negative electrode cell 103, a cell frame,.
  • carbon felt can be used as the positive electrode and the negative electrode.
  • an ion exchange membrane such as a cation exchange membrane or an anion exchange membrane can be used.
  • the bipolar plate for example, plastic carbon can be used.
  • the frame of the cell frame for example, a resin such as vinyl chloride can be used.
  • a solution containing a metal ion serving as an active material can be used.
  • a pair of metal ions used for positive and negative active materials for example, positive electrode: iron ion, negative electrode: chromium ion; positive electrode: vanadium ion, negative electrode: vanadium ion; positive electrode: manganese ion, negative electrode: titanium ion, Examples thereof include at least one metal ion selected from the group consisting of vanadium ions, chromium ions, zinc ions, and tin ions.
  • the positive electrode active material is manganese ions
  • some negative electrode active materials are preferable in that an RF battery having higher electromotive force than all vanadium-based RF batteries in which the positive and negative electrode active materials are vanadium ions can be obtained.
  • the positive electrode active material contains manganese ions and titanium ions, it is preferable in that the precipitation of MnO 2 accompanying the disproportionation reaction of Mn 3+ can be suppressed.
  • the active material of both the positive electrode and the negative electrode can be made to contain manganese ions and titanium ions.
  • an aqueous solution containing at least one of sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, sulfate, phosphate, and nitrate is preferably used. From the viewpoint, it is particularly preferable to use one containing a sulfate anion (SnO 4 2 ⁇ ).
  • the positive electrode cell 102 of the battery element 100c and the positive electrode tank 106 are connected by a positive electrode upstream pipe 11 and a positive electrode downstream pipe 12 that are part of the flow path of the positive electrode electrolyte.
  • the negative electrode cell 103 of the battery element 100c and the negative electrode tank 107 are connected by a negative electrode upstream pipe 21 and a negative electrode downstream pipe 22 that are part of the flow path of the negative electrode electrolyte.
  • a pump 112 is attached to the positive upstream pipe 11, and a pump 113 is attached to the negative upstream pipe 21.
  • the positive electrode electrolyte from the positive electrode tank 106 is supplied to the positive electrode cell 102 of the battery element 100 c through the positive electrode upstream pipe 11, and is returned to the positive electrode tank 106 through the positive electrode downstream pipe 12.
  • the negative electrode electrolyte from the negative electrode tank 107 is supplied to the negative electrode cell 103 of the battery element 100 c through the negative electrode upstream pipe 21, and is returned to the negative electrode tank 107 through the negative electrode downstream pipe 22.
  • the RF battery 1 uses the circulation mechanism as described above to pump the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte to the battery element 100c, and the valence change reaction of the metal ions that become the active material of the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte As a result, charging / discharging is performed.
  • the opening 11t is preferably provided at a position separated by (2L / 3) or more from the bottom of the positive electrode tank 106, and provided at a position separated by (3L / 4) or more from the bottom of the positive electrode tank 106. More preferably. 1 to 5, the solid lines in the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107 indicate the liquid level, and the alternate long and short dash line indicates the position (L / 2) from the bottom of the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107.
  • the battery element 100c is supported at a position higher than the liquid level of the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106 and the negative electrode electrolyte in the negative electrode tank 107, for example, by a mount (not shown).
  • the RF battery 1 can completely extract the electrolyte solution in the battery element 100c, for example, during a charge / discharge operation stop period. Therefore, the RF battery 1 can reduce the self-discharge due to the remaining electrolyte in the battery element 100c, and suppress the reduction of the discharge capacity.
  • one end of the positive electrode upstream pipe 11 is an opening 11 t on the positive electrode tank side provided near the liquid surface of the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106.
  • the end is an opening 11c on the battery element side which is an opening connected to the battery element 100c. Since the battery element 100 c is installed above the positive electrode tank 106, the opening 11 c is installed above the positive electrode tank 106 toward the battery element 100 c installed above the positive electrode tank 106.
  • the intermediate portion of the positive electrode upstream pipe 11 is provided with a low position portion 11 ⁇ / b> L that is a portion where a part of the positive electrode upstream pipe 11 is installed at a position lower than the liquid level of the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106. Yes. Therefore, the positive electrode upstream pipe 11 is bent in a U shape so that the intermediate part of the positive electrode upstream pipe 11 is lower than the opening 11t and the opening 11c at both ends of the positive electrode upstream pipe 11.
  • the lower portion 11L is included in the character portion.
  • the pump 112 is attached to the linear low position portion 11L at the lowest position of the positive electrode upstream pipe 11, and the linear low position portion 11L and the pump 112 are connected to the floor surface (like the positive electrode tank 106). It is supported by the installation surface.
  • the installation position of the pump 112 in the longitudinal direction of the positive electrode upstream pipe 11 can be appropriately selected, the installation position of the pump 112 may be a position other than the above.
  • a storage pipe 10A is installed in the positive electrode tank 106. At least a part of the storage pipe 10A is immersed in the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106 (in the example shown in FIG. 1, all of the storage pipe 10A is immersed in the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106). Therefore, it is preferable to use a material that does not react with the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106 as the constituent material of the storage pipe 10A. For example, polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), or polytetra Fluoroethylene (PTFE) or the like can be used.
  • the constituent material of the storage pipe 10A can also be applied to the positive electrode upstream pipe 11, the positive electrode downstream pipe 12, the negative electrode upstream pipe 21, and the negative electrode downstream pipe 22.
  • the opening at one end of the storage pipe 10A is connected to the opening 11t on the positive electrode tank side of the positive electrode upstream pipe 11. That is, the opening at one end of the storage pipe 10A (the opening on the upstream pipe side) is located near the liquid surface of the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106 (from the bottom of the positive electrode tank 106 to the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106).
  • the distance to the liquid surface is L, it is provided from the bottom of the positive electrode tank 106 at a position larger than (L / 2) and less than L).
  • the opening 11t is preferably provided at a position separated from the bottom of the positive electrode tank 106 by (2L / 3) or more, and is separated from the bottom of the positive electrode tank 106 by (3L / 4) or more. More preferably, it is provided at the position.
  • the storage pipe 10A and the positive electrode upstream pipe 11 may be independent pipes and may be connected by an arbitrary connection portion, or the storage pipe 10A and the positive electrode upstream pipe 11 may be a single continuous pipe. This also applies to the embodiments described later.
  • the opening 10o at the other end of the storage pipe 10A is positioned near the bottom of the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106 (the distance from the bottom of the positive electrode tank 106 to the surface of the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106 is L). At a position of (L / 2) or less) from the bottom of the positive electrode tank 106. The closer the bottom opening 10o of the storage pipe 10A is to the bottom of the positive electrode tank 106, the wider the distance from the liquid surface of the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106, and the position away from the liquid surface of the positive electrode electrolyte.
  • the positive electrode electrolyte can be supplied to the battery element 100c.
  • the positive electrode electrolyte returned from the battery element 100 c into the positive electrode tank 106 can sufficiently convection until it is taken out from the bottom of the positive electrode tank 106.
  • the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106 tends to be in a uniform state, and the positive electrode electrolyte in a uniform state can be supplied to the battery element 100c.
  • the installation position of the opening 10o at the other end of the storage pipe 10A is preferably as the distance from the bottom of the positive electrode tank 106 is shorter (closer to the bottom of the positive electrode tank 106), and from the bottom of the positive electrode tank 106 (L / 3 ) Is preferably provided at a position separated by the following distance, more preferably provided at a position separated from the bottom of the positive electrode tank 106 by a distance of (L / 4) or less, and the positive electrode tank 106 is provided. Particularly preferred is the vicinity of the bottom.
  • the shape of the storage pipe 10A is an inverted L shape in which the L shape is inverted up and down. ing.
  • the positive electrode tank 106 Leakage prevention hole 10h is provided from the bottom of (L / 2) to a position larger than (L / 2) and less than L). As the installation position of the leakage prevention hole 10h is farther from the bottom of the positive electrode tank 106, the amount of leakage of the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106 can be suppressed.
  • the leakage prevention hole 10h is provided at the corner (the highest position) of the inverted L-shaped storage pipe 10A.
  • the size (cross-sectional area) and the cross-sectional shape of the storage pipe 10A can be selected as appropriate.
  • the storage pipe 10A has a constant cross-sectional shape over the entire length of the storage pipe 10A or the longitudinal direction of the storage pipe 10A.
  • the form which has a part from which cross-sectional shape or cross-sectional area differs in part can be mentioned.
  • the cross-sectional shape of the storage pipe 10A for example, a circular shape or a rectangular shape can be cited, but from the viewpoint of reducing the flow resistance of the positive electrode electrolyte, a circular shape is preferable.
  • the storage pipe 10A has a constant cross-sectional shape over the entire length of the storage pipe 10A, and the cross-sectional shape is circular.
  • the size (cross-sectional area) and cross-sectional shape of the leakage preventing hole 10h can be selected as appropriate, and examples thereof include a circular shape, a rectangular shape, a polygonal shape other than a rectangular shape, and an elliptical shape.
  • the size (cross-sectional area) of the leakage prevention hole 10h is smaller than the size (cross-sectional area) of the opening 10o of the storage pipe 10A.
  • the diameter ⁇ h of the leakage prevention hole 10h is smaller than the diameter ⁇ i of the storage pipe 10A ( ⁇ h ⁇ i).
  • the diameter ⁇ h of the leakage prevention hole 10h is 1 mm or more ( ⁇ i / 2), particularly when it is about 2 mm or more and 10 mm or less, the leakage prevention hole 10h can be easily used.
  • the diameter ⁇ h of the leakage preventing hole 10h is 1 mm or more and less than ( ⁇ i / 2).
  • the positive electrode downstream pipe 12 has an opening at one end of the positive electrode downstream pipe 12 that opens in the space above the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106, and the other end of the positive electrode downstream pipe 12 is connected to the battery element 100c. It is connected to the.
  • the position of the opening at one end of the positive electrode downstream pipe 12 can be set as appropriate. For example, the position near the liquid surface of the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106 or the position near the bottom in the positive electrode tank 106. Can do.
  • the piping structure on the negative electrode side is the same as the above-described piping structure on the positive electrode side.
  • One end of the negative electrode upstream pipe 21 is positioned near the liquid surface of the negative electrode electrolyte in the negative electrode tank 107 (when the distance from the bottom of the negative electrode tank 107 to the liquid surface of the negative electrode electrolyte in the negative electrode tank 107 is L, the negative electrode There is an opening 21t on the negative electrode tank side that opens from the bottom of the tank 107 at a position larger than (L / 2) and less than L).
  • the other end of the negative electrode upstream pipe 21 is an opening 21c on the battery element side which is an opening connected to the battery element 100c.
  • a part of the negative electrode upstream pipe 21 is installed at a position lower than the level of the negative electrode electrolyte in the negative electrode tank 107 (position lower than the negative electrode tank side opening 21t) in the middle part of the negative electrode upstream pipe 21.
  • a low position portion 21 ⁇ / b> L that is a portion is provided.
  • the pump 113 is attached to the linear low position portion 21 ⁇ / b> L of the negative electrode upstream pipe 21.
  • an inverted L-shaped storage pipe 20A is installed in the negative electrode tank 107.
  • the opening at one end of the storage pipe 20 ⁇ / b> A is connected to the opening 21 t on the negative electrode tank side of the negative electrode upstream pipe 21, and the opening (bottom side opening) 20 o at the other end of the storage pipe 20 ⁇ / b> A
  • the position near the bottom of the negative electrode electrolyte (when the distance from the bottom of the negative electrode tank 107 to the surface of the negative electrode electrolyte in the negative electrode tank 107 is L, the position is (L / 2) or less from the bottom of the negative electrode tank 107) Is installed.
  • the negative electrode tank 107 A leakage prevention hole 20h smaller than the opening 20o is provided at a position (larger than (L / 2) and less than L) from the bottom.
  • An inverted U-shaped pipe is formed from the inverted L-shaped storage pipe 20 ⁇ / b> A and a part of the negative electrode upstream pipe 21.
  • the negative electrode downstream pipe 22 has an opening that opens at one end of the negative electrode downstream pipe 22 in the space above the negative electrode electrolyte in the negative electrode tank 107, and the other end of the negative electrode downstream pipe 22 is connected to the battery element 100c. ing.
  • the piping structure on the negative electrode side other than the above is similar to the above-described piping structure on the positive electrode side, description thereof is omitted here.
  • the opening positions of the positive electrode upstream pipe 11, the positive electrode downstream pipe 12, the negative electrode upstream pipe 21 and the negative electrode downstream pipe 22 are as follows. It is an example. 1 to 5 has a linearly bent shape, but may have a curved shape or may be installed with a part thereof inclined without being bent. 1 to 5, the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107 have the same size and the same bottom position, but may be different from each other.
  • an outlet for taking out the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106 and the negative electrode electrolyte in the negative electrode tank 107 (the opening 11t on the positive electrode tank side of the positive electrode upstream pipe 11 and the negative electrode upstream pipe) 21 of the negative electrode tank side of the negative electrode tank 21 is provided near the liquid surface of the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte, and the storage pipes 10A and 20A installed in the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107 are provided. Openings 10o and 20o on the bottom side are installed near the bottoms of the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107.
  • an inverted L-shaped storage pipe 20A is formed from an inverted L-shaped storage pipe 10A and a part of the positive electrode upstream pipe 11, and an inverted L-shaped storage pipe 20A. And a part of the negative electrode upstream pipe 21, an inverted U-shaped pipe is formed.
  • the storage pipes 10 ⁇ / b> A and 20 ⁇ / b> A are close to the liquid level of the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106 and the negative electrode electrolyte in the negative electrode tank 107.
  • leakage prevention holes 10h and 20h are provided.
  • the positive electrode upstream pipe 11, the negative electrode upstream pipe 21, and the pumps 112 and 113 are damaged, or the positive electrode upstream pipe 11, the negative electrode upstream pipe 21, and the battery element 100c are connected. Even when an accident such as detachment occurs, the leakage amount of the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106 and the negative electrode electrolyte in the negative electrode tank 107 can be limited to only a part.
  • the electrolyte solution positioned above the leakage prevention holes 10h and 20h is not limited to the above-described operation regardless of whether the pump is driven or stopped. Leakage from the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107 is caused by the principle of siphon using an inverted U-shaped pipe. However, when the leakage preventing holes 10h and 20h are exposed from the electrolyte due to leakage of the electrolyte, the inverted U-shaped pipe takes in the gas phase in the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107 and is filled with the electrolyte.
  • the movement of the electrolytic solution automatically stops. Thereby, in the RF battery 1 of Embodiment 1, even when the above accident occurs, the leakage amount of the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106 and the negative electrode electrolyte in the negative electrode tank 107 can be reduced.
  • the opening 10o (20o) of the storage pipe 10A (20A) that supplies the electrolytic solution to the battery element 100c and the opening of the downstream pipe 12 (22) are almost diagonal. Is installed. Therefore, since the amount of movement of the electrolytic solution in the positive electrode tank 106 (negative electrode tank 107) can be sufficiently secured, the RF battery 1 of Embodiment 1 is sufficiently convected in the positive electrode tank 106 (negative electrode tank 107). The electrolytic solution can be supplied to the battery element 100c, and the utilization rate of the electrolytic solution in the positive electrode tank 106 (negative electrode tank 107) can be increased.
  • FIG. 2 the schematic block diagram of RF battery of Embodiment 2 is shown.
  • the RF battery 2 of the second embodiment has the same basic configuration as the RF battery 1 of the first embodiment.
  • the RF battery 2 of Embodiment 2 has a structure in which the positive and negative electrode pipe structures are symmetrical, and the electrolyte solution outlets from the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107 (openings of the upstream pipes 11 and 21). Portions 11t and 21t) are provided at positions near the liquid level of the electrolyte in the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107.
  • the positive tank 106 and the negative tank 107 are provided with storage pipes 10B and 20B provided with leakage prevention holes 10h and 20h.
  • low position part 11L, 21L is provided in a part of upstream piping 11 and 21 of RF battery 2 of Embodiment 2, and a part of storage piping 10B and positive electrode upstream piping 11 (low position part 11L) and
  • an inverted U-shaped pipe is formed, and an inverted U-shaped pipe is formed by the storage pipe 20B and a part of the positive electrode upstream pipe 21 (low position portion 21L).
  • the RF battery 2 of the second embodiment is different from the RF battery 1 of the first embodiment in the shape of the storage pipes 10B and 20B.
  • the RF battery 2 of Embodiment 2 also has the same structure on the positive electrode side and that on the negative electrode side, and therefore will mainly be described by taking the positive electrode side pipe structure as an example.
  • a storage pipe 10B is stored in the positive electrode tank 106 of the RF battery 2, and an opening at one end of the storage pipe 10B exceeds a position ((L / 2)) near the liquid surface of the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106.
  • the opening 10o on the bottom side of the other end of the storage pipe 10B is opened at a position closer to the bottom of the positive electrode tank 106 (position of (L / 2) or less).
  • a leakage prevention hole 10h smaller than the opening 10o is provided at a position near the liquid surface of the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106 of the storage pipe 10B (a position exceeding (L / 2)).
  • the storage pipe 10B has a convex shape upward, and the leakage prevention hole 10h is provided at the highest position (the apex of the convex portion) from the bottom of the positive electrode tank 106. ing. That is, in the RF battery 2, the installation position of the leakage prevention hole 10 h is set to a position higher than the opening 11 t on the positive electrode tank side of the positive electrode upstream pipe 11 that is an outlet for the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106.
  • the piping structure on the negative electrode side is the same, and the storage piping 20B has a convex shape upward, and a leakage prevention hole 20h is provided at the apex of this convex portion.
  • the installation position of the leakage prevention hole 20h is higher than the opening 21t on the negative electrode tank side of the negative electrode upstream pipe 21.
  • the leakage prevention holes 10h and 20h are arranged at higher positions than the RF battery 1 of the first embodiment. Therefore, even when the above-mentioned accident occurs, the amount of electrolyte that leaks from the liquid level of the electrolyte in the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107 until the leakage prevention holes 10h and 20h are exposed is implemented. It is less than the RF battery 1 of the form 1. Therefore, in the RF battery 2 of Embodiment 2, the amount of electrolyte leakage in the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107 can be further reduced.
  • FIG. 3 the schematic block diagram of RF battery of Embodiment 3 is shown.
  • the RF battery 3 of the third embodiment has the same basic configuration as the RF battery 1 of the first embodiment.
  • the installation positions of the openings 11t and 21t of the upstream pipes 11 and 21 serving as the outlets for the electrolyte in the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107 and the shapes of the storage pipes 10C and 20C are This is different from the RF battery 1 of the first embodiment.
  • this difference will be mainly described, and detailed description of configurations and effects that are the same as those of the RF battery 1 of Embodiment 1 will be omitted.
  • the RF battery 3 of Embodiment 3 also has the same structure on the positive electrode side and that on the negative electrode side, and therefore will mainly be described by taking the positive electrode side pipe structure as an example.
  • the storage pipe 10C stored in the positive electrode tank 106 is linear, and one end of the storage pipe 10C is located near the liquid level of the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106 ((L / 2) Exceeding position: Here, it is an opening that opens in a space above the positive electrode tank 106 positioned above the liquid surface of the positive electrode electrolyte.
  • the other end of the storage pipe 10 ⁇ / b> C is an opening 10 o that opens at a position near the bottom of the positive electrode tank 106 (position (L / 2) or less).
  • a leakage prevention hole 10h smaller than the opening 10o is provided at a position near the liquid level of the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106 of the storage pipe 10C (a position exceeding (L / 2)).
  • the vicinity of the portion connected to the positive electrode tank 106 of the positive electrode upstream pipe 11 has a convex shape upward, and one end of this convex portion is connected to the low position portion 11L.
  • the installation position of the leakage prevention hole 10h is set to a position lower than the opening 11t on the positive electrode tank side of the positive electrode upstream pipe 11 that is an outlet for the positive electrode electrolyte.
  • the piping structure on the negative electrode side is the same, and one end of the linear storage pipe 20C is an opening that opens at the upper surface of the negative electrode tank 107, and a leakage prevention hole is located near the surface of the negative electrode electrolyte in the negative electrode tank 107.
  • 20h is installed, and a part of the negative electrode upstream pipe 21 has a convex shape.
  • the installation position of the leakage prevention hole 20h is set to a position lower than the opening 21t on the negative electrode tank side of the negative electrode upstream pipe 21.
  • the electrolyte outlets (openings 11t, 21t) in the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107 are located above the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107 (here, the positive electrode tank 106).
  • the electrolyte solution on the bottom side of the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107 can be supplied to the battery element 100c while being provided on the inner side and the upper side of the liquid level of the electrolyte solution in the negative electrode tank 107.
  • the installation position of the electrolyte outlet is appropriately set according to the empty space around the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107, and the positive electrode tank The electrolyte in 106 and the negative electrode tank 107 can be used evenly.
  • the RF battery 3 of Embodiment 3 has the reverse U-shaped part formed by the storage pipes 10C and 20C and a part of the upstream pipes 11 and 21, by having the leakage prevention holes 10h and 20h, It is possible to reduce the amount of electrolyte leakage in the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107 when the above accident occurs.
  • the RF battery 4 of the fourth embodiment also includes storage pipes 30A and 40A that open to positions near the bottoms of the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107.
  • the RF battery 4 of the fourth embodiment is different from the RF batteries 1 to 3 of the first to third embodiments in that the storage pipes 30A and 40A are connected to the positive electrode downstream pipe 12 and the negative electrode downstream pipe 22, respectively. Except for this difference, the configuration of the RF battery 4 of the fourth embodiment is similar to that of the RF battery 3 of the third embodiment.
  • the description of the RF battery 4 according to the fourth embodiment will be focused on this difference, and the detailed description of the configuration and effects that overlap with those of the RF battery 3 according to the third embodiment will be omitted.
  • the RF battery 4 of Embodiment 4 also has the same structure on the positive electrode side and that on the negative electrode side, and therefore will be described mainly by taking the positive electrode side pipe structure as an example.
  • one end of the positive electrode downstream pipe 12 is an opening that opens in the space above the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106, and the other end of the positive electrode downstream pipe 12 is connected to the battery element 100c. It is attached.
  • the storage pipe 30A is linear like the storage pipe 10C of the RF battery 3 of the third embodiment, and one end of the storage pipe 30A is located near the liquid level of the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106 ((L / 2) Exceeding position: Here, it is connected to the opening 12t of the positive electrode downstream pipe 12 installed in the space above the positive electrode tank 106 positioned above the liquid surface of the positive electrode electrolyte.
  • the other end of the storage pipe 30 ⁇ / b> A is an opening 30 o that opens at a position near the bottom of the positive electrode tank 106 (position (L / 2) or less).
  • a leakage prevention hole 30h smaller than the opening 30o is provided at a position near the liquid level of the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106 of the storage pipe 30A (a position exceeding (L / 2)).
  • One end of the positive electrode upstream pipe 11 is an opening portion 11t that opens in the space above the positive electrode tank 106, similarly to the RF battery 3 of the third embodiment. Further, the other end of the positive electrode upstream pipe 11 is an opening 11c attached to the battery element 100c, and a low position portion 11L is provided in the middle part of the positive electrode upstream pipe 11. Further, another storage pipe 10 ⁇ / b> D is connected to the opening 11 t at one end of the positive electrode upstream pipe 11. One end of the storage pipe 10 ⁇ / b> D is an opening 10 o that opens in the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106.
  • the length of the storage pipe 10 ⁇ / b> D is shorter than the storage pipe 30 ⁇ / b> A connected to the positive electrode downstream pipe 12, and the opening 10 o of the storage pipe 10 ⁇ / b> D is installed at a position near the liquid surface of the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106.
  • the opening 30o of the storage pipe 30A connected to the positive electrode downstream pipe 12 and the opening 10o of the short storage pipe 10D connected to the positive electrode upstream pipe 11 are formed by the positive electrode electrolyte in the positive electrode tank 106. It is installed at a diagonal position of the rectangle.
  • the storage pipe 30A, the positive electrode downstream pipe 12, the battery element 100c, and a part of the positive electrode upstream pipe 11 are installed in an inverted U shape.
  • the negative electrode-side piping structure is the same as the positive electrode-side piping structure described above, and one end of a linear storage pipe 40A is connected to the opening 22t on the negative electrode tank side in the negative electrode downstream pipe 22.
  • the opening 40o at the other end of the storage pipe 40A is installed at a position near the bottom of the negative electrode tank 107, and at a position near the liquid surface of the negative electrode electrolyte in the negative electrode tank 107, leakage prevention smaller than the opening 40o is prevented.
  • a hole 40h is provided.
  • a short storage pipe 20D is connected to the opening 21t on the negative electrode tank side of the negative electrode upstream pipe 21, and the opening 20o on the other end side of the storage pipe 20D is close to the surface of the negative electrode electrolyte in the negative electrode tank 107.
  • the negative electrode upstream pipe 21 includes a low position portion 21L, and the storage pipe 40A, the negative electrode downstream pipe 22, the battery element 100c, and a part of the negative electrode upstream pipe 21 (a portion including the low position portion 21L). It is installed in an inverted U shape.
  • Both the outlet (openings 11t, 21t) of the electrolyte from the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107 of the RF battery 4 of Embodiment 4 and the return ports (openings 12t, 22t) of the electrolyte from the battery element 100c are provided.
  • the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107 are provided above (in this case, above the liquid level of the electrolytic solution in the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107).
  • the RF battery 4 of Embodiment 4 includes the storage pipes 10D, 20D, 30A, and 40A, so that the electrolyte solution on the liquid surface side in the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107 is supplied to the battery element 100c.
  • the electrolytic solution from the battery element 100 c can be returned to the bottom side of the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107.
  • the RF battery 4 of the fourth embodiment includes the storage pipes 30A and 40A and the electrolyte flow path (downstream pipes 12 and 22; battery element 100c; upstream pipe 11 and the like) installed outside the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107. 21), but has leakage prevention holes 30h and 40h, so that the inside of the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107 at the time of occurrence of the accident as described above. The amount of leakage of the electrolyte can be reduced.
  • FIG. 5 the schematic block diagram of RF battery of Embodiment 5 is shown.
  • one end of the upstream pipe 11 (21) is located near the liquid level of the positive electrode electrolyte (negative electrode electrolyte) in the positive electrode tank 106 (negative electrode tank 107) ((L / 2)
  • the housing pipe is not connected to the opening 11t (21t) that opens at a position larger than L and less than L.
  • the number of storage pipes is small, the number of parts and the assembly process can be reduced.
  • the basic configuration of the RF battery 5 of the fifth embodiment is the same as that of the RF battery 4 of the fourth embodiment (however, the shape of the upstream pipe 11 (21) is the same as that of the RF battery 1 of the first embodiment). Therefore, the description is omitted.
  • Embodiments 1 to 5 described above the embodiment has been described in which the positive and negative electrode structures are symmetrical, but the electrode structures of each electrode can be different.
  • either one of the positive and negative poles does not have a storage pipe, or the positive or negative pole has the pipe structure of the first embodiment, and the other pole has the pipe structure of the second embodiment. It can also be set as the form provided.
  • the battery element 100c has been described with respect to the configuration in which the battery element 100c is installed at a height equal to or higher than the liquid level of the electrolyte in the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107.
  • the installation position of the battery element 100c can also be changed.
  • the battery element 100c can be installed at a position (floor surface or the like) that is about the same as the bottom of the positive electrode tank 106 and the negative electrode tank 107. More specifically, in the example shown in FIGS.
  • the battery element 100 c is connected to the end of the straight portion where the pumps 112 and 113 are attached in the positive electrode upstream pipe 11 and the negative electrode upstream pipe 21. It can also take the form. In this embodiment, a stand for supporting the battery element 100c is not necessary.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
  • the low position portion provided in the upstream pipe or the like may be installed at a position lower than the liquid level in the tank to which the upstream pipe or the like is connected, and does not necessarily have a portion installed on the floor surface. . You may provide a low position part on the suitable mount surface installed on the floor surface.
  • the redox flow battery according to the present invention for example, for power generation of new energy such as solar power generation and wind power generation, for the purpose of stabilizing fluctuations in power generation output, storing electricity when surplus generated power, or leveling load It can be suitably used for a large-capacity storage battery. Further, the redox flow battery according to the present invention can be suitably used as a large-capacity storage battery, which is provided in a general power plant and factory, etc. for the purpose of instantaneous voltage drop / power failure countermeasures and load leveling. .

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Abstract

　タンク（１０６，１０７）の上方側に設置される漏出防止孔（１０ｈ，２０ｈ，３０ｈ，４０ｈ）によって、上流配管（１１，２１）などの事故時に、収納配管（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，３０Ａ，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）と上流配管（１１，２１）の一部とで形成された逆Ｕ字状の配管を介してサイフォンの原理によりタンク（１０６，１０７）内の電解液の漏出量を低減できるＲＦ電池（１，２，３，４，５）である。

Description

レドックスフロー電池
　本発明は、レドックスフロー電池（以下、「ＲＦ電池」ということもある）に関する。特に、事故時などにタンク内の電解液の漏出量を低減できるＲＦ電池に関する。
　昨今、地球温暖化への対策として、太陽光発電および風力発電といった新エネルギの導入が世界的に推進されている。これらの発電出力は、天候に影響されるため、大量に導入が進むと、周波数や電圧の維持が困難になるといった電力系統の運用に際しての問題が予測されている。この問題の対策の一つとして、大容量の蓄電池を設置して、出力変動の平滑化、余剰電力の貯蓄および負荷平準化などを図ることが期待されている。
　大容量の蓄電池の一つにＲＦ電池がある。図６に、特許文献１（特開２００１－４３８８４号公報）に示されている従来のＲＦ電池の形態を示す。図６に示すように、従来のＲＦ電池１００は、正極電極１０４を内蔵する正極セル１０２と、負極電極１０５を内蔵する負極セル１０３との間に隔膜１０１を介在させた電池要素１００ｃと循環機構(タンク１０６,１０７；上流配管１０８，１０９；下流配管１１０，１１１；ポンプ１１２，１１３)とを備えており、循環機構を利用して、電池要素１００ｃに正極電解液および負極電解液を循環供給して充放電を行なうことができる。電解液には、代表的には、酸化還元により価数が変化するバナジウムイオンといった金属イオンを含有する水溶液が利用される。なお、図６において、タンク１０６,１０７内のイオンは例示である。また、図６において、実線の矢印は充電を意味し、破線の矢印は放電を意味している。
　従来のＲＦ電池１００においては、電池要素１００ｃに正負の各極の電解液を供給する上流配管１０８，１０９の一端がタンク１０６,１０７の底部側（下方側）に取り付けられており、他端が電池要素１００ｃの底部側（下方側）に取り付けられている。また、従来のＲＦ電池１００においては、電池要素１００ｃからの電解液を各極のタンク１０６,１０７に戻す下流配管１１０，１１１がタンク１０６,１０７の上方側に取り付けられている。
特開２００１－４３８８４号公報
　しかしながら、従来のＲＦ電池１００において、上流配管１０８，１０９および／またはポンプ１１２，１１３が破損するなどの事故が生じた場合には、正負の各極のタンク１０６,１０７内の電解液がほとんど漏出してしまうという問題があった。
　ＲＦ電池に用いられる電解液は、硫酸溶液などの劇物であることから、大量に漏出すると、作業者の安全性を損なったり、環境への影響があったり、周辺設備を汚損したりするおそれがある。
　また、ＲＦ電池に用いられる電解液は、導電性を有することから、地絡したり、正極セルと負極セルとの間、およびＲＦ電池と周辺設備との間で短絡したりするおそれがある。下流配管の一端をタンクの下方に取り付けた場合にも同様の問題が生じ得る。
　したがって、ＲＦ電池の配管および／またはポンプの破損といった事故が生じた場合でも、タンクから漏出する電解液の量をできる限り低減することが望まれる。
　そこで、本発明の目的は、事故時などにタンク内の電解液の漏出量を低減できるレドックスフロー電池を提供することにある。
　上記の課題を解決するための形態としては、タンクにおける電解液の取出口を、たとえば、タンク内の電解液の液面側、すなわち、タンクの上方側に設けて、タンク内の電解液を電池要素に供給する形態が考えられる。
　この形態によれば、上述のような事故が発生した場合であっても、タンクの外部に漏出する電解液としては、タンク内の電解液のうち、取出口よりも上方に位置する電解液のみとすることができる。この形態においては、タンク内の電解液の取出口の設置位置によって、タンク内の電解液の漏出量を制限することができる。そのため、タンク内の電解液の取出口の設置位置が、タンクの底部から高いほど、換言すれば、タンク内の電解液の液面近くであるほど、タンクからの電解液の漏出量を低減できると言える。
　しかしながら、電解液の取出口をタンクの上方側に設けると共に、下流配管をタンクの上方側に取り付けた場合には、下流配管を経てタンクの上方側に戻された電解液を直ちにタンクの上方側に設けられた取出口から電池要素に供給することになる。これにより、タンク内で電解液が十分に対流せず、タンク内の一部の電解液（タンク内の液面近くの電解液）のみが主として利用されるため、充放電に実質的に利用されない電解液が生じ得る。このような電解液の利用率の低下は、ＲＦ電池の特性の低下を招く。
　そこで、本発明者は、タンク内の電解液の液面側に取出口を設けると共に、当該取出口近傍の電解液だけでなくタンクの底部側の電解液も取り出せるように、タンク内に配管を設置することを検討した。
　また、たとえば図６に示す従来のＲＦ電池１００のように、上流配管１０８，１０９の一部およびポンプ１１２，１１３を床面などで支持する形態とした場合には、架台などの支持部材を不要にできる上に、上流配管１０８，１０９およびポンプ１１２，１１３のメンテナンスも行ないやすくなる。
　そこで、本発明者は、タンク内に配管を収納すると共に、上流配管の一部およびポンプをタンク内の電解液の底部側に設置した形態を検討した。この形態においては、タンク内に収納された配管の一端がタンクの底部側で開口しており、上流配管の一部がタンク内に収納された配管の開口部よりも高い位置に設置されるとともに、上流配管の他の一部がタンク内の電解液の液面よりも低い位置に設置される。
　したがって、この形態においては、タンク内に収納された配管と上流配管の一部とが逆Ｕ字状を形成することになるため、上述のような事故によって、タンク内の電解液が、サイフォンの原理により、逆Ｕ字状部分を介して、タンクの外部に漏出するおそれがある。
　また、本発明者は、タンク内に収納された配管を下流配管に連結し、電池要素からの電解液をタンクの底部側に戻す形態を検討した。具体的には、タンクの上方側に電解液の戻り口（下流配管の開口部）を設け、この戻り口に、タンクに収納された配管を連結し、さらに、タンク内に収納された配管をタンクの底部側で開口させる。この形態において、タンク内の電解液の取出口をタンクの上方側に設けた場合には、タンク内の電解液の利用率を高めることができる。
　しかしながら、この形態においても、上述のようにポンプなどを床面などで支持する場合には、上流配管の一部がタンク内の電解液の液面よりも低い位置に設置されることになる。したがって、この形態においては、タンク内に収納された配管と上流配管の一部とが電池要素を介して逆Ｕ字状に設置されることになる。それゆえ、この形態においても、上述のような事故によって、タンク内の電解液が、サイフォンの原理により、逆Ｕ字状部分を介して、タンクの外部に漏出するおそれがある。
　以上の点を検討した結果、本発明は、（１）上流配管または下流配管をタンク内の電解液の液面側に開口すること、（２）タンク内に配管を設置すること、（３）タンク内の配管をタンクの底部側で開口すると共に上流配管または下流配管に連結すること、および（４）タンク内の配管の特定の位置に貫通孔を設けることを提案する。
　本発明に係るＲＦ電池は、タンク内の電解液を電池要素に供給して充放電を行なうものであり、タンク内の電解液を電池要素に供給する上流配管と、電池要素からの電解液をタンクに戻す下流配管と、を備える。また、上流配管、電池要素、および下流配管で構成される電解液流路の一部は、タンク内の電解液の液面よりも低い位置に設置された低位置部となっている。また、本発明に係るＲＦ電池は、タンク内に設置され、上流配管または下流配管に連結された収納配管を備える。収納配管の一端に連結された上流配管または下流配管の一端がタンク内の電解液の液面寄りの位置または液面の上方空間に開口している。収納配管の他端がタンクの底部寄りの位置に開口している。収納配管においてタンク内の電解液の液面寄りの位置に漏出防止孔が設けられている。そして、漏出防止孔が収納配管の他端側の開口部よりも小さい。
　本発明において「液面寄りの位置」とは、上述のような事故が発生していない状態において、タンクの底部から同タンク内の電解液の液面までの距離をＬとしたとき、タンクの底部から（Ｌ／２）よりも大きく、Ｌ未満の位置とする。また、本発明において「底部寄りの位置」とは、タンクの底部から（Ｌ／２）以下の位置とする。
　また、本発明に係るＲＦ電池において、収納配管が上流配管に連結されている場合には、タンク内の電解液の液面寄りの位置または液面の上方側、すなわち、タンクの上方側にタンク内の電解液の取出口（上流配管の一端側の開口部）が設けられ、当該取出口からの電解液を電池要素に供給する構成とされる。
　また、本発明に係るＲＦ電池において、収納配管が下流配管に連結されている場合には、タンクの上方側に電解液の戻り口（下流配管の一端側の開口部）が設けられ、電池要素からの電解液を戻り口からタンク内に戻す構成とされる。
　また、本発明に係るＲＦ電池は、タンク内に、タンクの底部寄りに開口した収納配管を備えると共に、タンク内の電解液の液面よりも低い位置に設置された低位置部を有する構成とされる。本発明に係るＲＦ電池は、上記の構成を有しているため、収納配管と、タンク外に設置された電解液流路の一部（低位置部を含む部分）とを繋いだ形状が、上に凸な形状（たとえば、逆Ｕ字状、逆Ｖ字状またはΠ字状）となる。したがって、本発明に係るＲＦ電池は、電解液が流通する経路に、上に凸な形状を含む。
　そのため、本発明に係るＲＦ電池は、収納配管と電池要素とを繋ぐ上流配管および下流配管、ならびに上流配管に設置されたポンプなどが損傷するなどの事故が発生した場合に、上に凸な形状部分を利用したサイフォンの原理によって、タンク内の電解液を収納配管を介して、タンクの外部に移動させることができる。しかしながら、本発明に係るＲＦ電池は、収納配管におけるタンク内の電解液の液面寄りの位置、すなわち、タンクの上方側に漏出防止孔を備えているため、タンクから外部に漏出する電解液を、タンク内の電解液において漏出防止孔よりも上方に存在する量に抑えることができる。
　したがって、本発明に係るＲＦ電池は、タンクの底部側の電解液を取り出したり、タンクの底部側に電解液を戻したりすることができる上に、上述のような事故時に、タンク内の電解液の漏出量を低減することができる。
　また、本発明に係るＲＦ電池においては、漏出防止孔の大きさが、収納配管においてタンクの底部側に設置される開口部よりも小さいため、電池要素に電解液を循環供給する際のポンプの損失を低減することができる。
　また、本発明に係るＲＦ電池においては、タンク内の電解液の取出口または戻り口が上述のようにタンクの上方側で開口しており、かつ、タンク内の電解液を実際に吸い出す収納配管の他端またはタンク内に実際に電解液を吐き出す収納配管の他端が、タンクの底部寄りの位置、すなわち、タンクの下方側で開口している。この構成により、本発明に係るＲＦ電池は、タンク内の電解液の取出口または戻り口から遠い位置の電解液を利用可能であり、タンク内の電解液の利用率を高められる。
　また、本発明に係るＲＦ電池の一形態として、収納配管の一端が上流配管に連結されるとともに、上流配管の一部に低位置部が設けられた形態が挙げられる。また、本発明に係るＲＦ電池の一形態として、収納配管の一端が下流配管に連結されるとともに、上流配管の一部に低位置部が設けられた形態が挙げられる。
　また、上記の２つの形態はいずれも、収納配管と上流配管に備える低位置部とを繋いで形成される、たとえば逆Ｕ字状等の上に凸な形状を備える。しかしながら、上記の２つのいずれの形態においても、漏出防止孔によって、タンク内の電解液の漏出量を制限することができる。
　上記の収納配管の一端が上流配管に連結された形態として、下流配管の一端がタンク内の電解液の液面寄りの位置、または液面の上方空間で開口した形態が挙げられる。また、上記の収納配管が下流配管に連結された形態として、上流配管の一端がタンク内の電解液の液面寄りの位置で開口した形態、または上流配管の一端が液面の上方空間で開口しており、この上流配管にタンク内の電解液中で開口している別の収納配管が連結された形態が挙げられる。
　上記の２つの形態のうち、前者の形態は、電池要素からタンクの上方側に戻された電解液を、上流配管に連結される収納配管によって、タンクの底部側（下方側）から電池要素に供給することができる。また、後者の形態は、下流配管に連結される収納配管によってタンクの底部側（下方側）に戻された電解液を、タンクの上方側から電池要素に供給することができる。そのため、上記の形態はいずれも、タンク内で電解液が十分に対流できる形態であることから、タンク内の電解液全体を十分に活用可能であり、タンク内の電解液の利用率を高めることができる。
[規則91に基づく訂正 09.04.2014]　
　また、本発明に係るＲＦ電池の一形態として、漏出防止孔の直径をφh、収納配管の他端側の開口部の直径をφiとしたとき、漏出防止孔の直径φhが１ｍｍ以上（φi／２）未満である形態が挙げられる。この形態においては、漏出防止孔が特定の大きさであることによって、上述のような事故時に、タンク内の電解液の漏出量を制限することができるため、充放電時に、タンク内の電解液を電池要素に供給する際のポンプの損失を低減することができる。
　本発明に係るＲＦ電池は、事故時などにタンク内の電解液の漏出量を低減することができる。
図１は、実施形態１のＲＦ電池の概略構成図である。 図２は、実施形態２のＲＦ電池の概略構成図である。 図３は、実施形態３のＲＦ電池の概略構成図である。 図４は、実施形態４のＲＦ電池の概略構成図である。 図５は、実施形態５のＲＦ電池の概略構成図である。 図６は、特許文献１に示されている従来のＲＦ電池の動作原理を示す説明図である。
　以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
　［実施形態１］
　図１に、実施形態１のＲＦ電池の概略構成図を示す。実施形態１のＲＦ電池１は、正極側の配管構造と、負極側の配管構造とが同じであるため、主に、正極側の配管構造を例に挙げて説明する。
　図１に示す実施形態１のＲＦ電池１は、電池要素１００ｃと、電池要素１００ｃに正極電解液および負極電解液を循環供給する循環機構（たとえば、正極タンク１０６；負極タンク１０７；正極上流配管１１；正極下流配管１２；負極上流配管２１；負極下流配管２２；ポンプ１１２，１１３等）とを備えている。また、ＲＦ電池１は、交流／直流変換器を介して、発電部(たとえば、太陽光発電機、風力発電機または一般の発電所など)と、電力系統または需要家などの負荷とに接続され、発電部を電力供給源として充電を行ない、負荷を電力提供対象として放電を行なう。
　電池要素１００ｃとしては、たとえば、正極電極を有する正極セル１０２と、負極電極を有する負極セル１０３と、正極セル１０２と負極セル１０３との間に設けられた隔膜１０１との積層体を含むセルスタックを用いることができる。正極セル１０２および負極セル１０３としては、たとえば、一面に正極電極が設けられ、他面に負極電極が設けられるとともに、電解液を供給する給液孔および電解液を排出する排液孔を有する双極板の外周に枠体を設けた構成のセルフレームなどを用いることができる。複数のセルフレームを積層することによって、給液孔および排液孔は、電解液の流路を構成する。なお、セルスタックは、セルフレーム、正極セル１０２、隔膜１０１、負極セル１０３、セルフレーム、・・・の順に積層されることによって構成される。
　なお、正極電極および負極電極としては、たとえばカーボンフェルトなどを用いることができる。隔膜１０１としては、たとえば陽イオン交換膜または陰イオン交換膜のようなイオン交換膜などを用いることができる。双極板としては、たとえばプラスチックカーボンなどを用いることができる。セルフレームの枠体としては、たとえば塩化ビニルなどの樹脂を用いることができる。
　正極タンク１０６に収容される正極電解液および負極タンク１０７に収容される負極電解液としては、たとえば活物質となる金属イオンを含む溶液などを用いることができる。正負の各極の活物質に利用される金属イオンの対としては、たとえば、正極：鉄イオン、負極：クロムイオン；正極：バナジウムイオン、負極：バナジウムイオン；正極：マンガンイオン、負極：チタンイオン、バナジウムイオン、クロムイオン、亜鉛イオン、およびスズイオンからなる群から選択される少なくとも１種の金属イオンなどが挙げられる。正極活物質をマンガンイオンとした場合には、負極活物質によっては正負の各極の活物質をバナジウムイオンとした全バナジウム系ＲＦ電池よりも起電力が高いＲＦ電池とすることができる点で好ましい。また、正極の活物質にマンガンイオンと共にチタンイオンを含有した場合には、Ｍｎ3+の不均化反応に伴うＭｎＯ2の析出を抑制することができる点で好ましい。この場合には、正極および負極の双方の活物質にマンガンイオンおよびチタンイオンを含有させる形態とすることができる。
　正極電解液および負極電解液としては、たとえば、硫酸、リン酸、硝酸、硫酸塩、リン酸塩、および硝酸塩の少なくとも１種を含む水溶液を用いることが好ましく、電解液としての利用しやすさの観点からは、硫酸アニオン（ＳｎＯ4 2-）を含むものを用いることが特に好ましい。
　電池要素１００ｃの正極セル１０２と、正極タンク１０６とは、正極電解液の流路の一部となる正極上流配管１１および正極下流配管１２によって、接続されている。電池要素１００ｃの負極セル１０３と、負極タンク１０７とは、負極電解液の流路の一部となる負極上流配管２１および負極下流配管２２によって、接続されている。正極上流配管１１にはポンプ１１２が取り付けられており、負極上流配管２１にはポンプ１１３が取り付けられている。
　正極タンク１０６から正極電解液は、正極上流配管１１を通って、電池要素１００ｃの正極セル１０２に供給され、正極下流配管１２を通って、正極タンク１０６に戻される。また、負極タンク１０７からの負極電解液は、負極上流配管２１を通って、電池要素１００ｃの負極セル１０３に供給され、負極下流配管２２を通って、負極タンク１０７に戻される。
　ＲＦ電池１は、上述のような循環機構を利用して、電池要素１００ｃに正極電解液および負極電解液を圧送し、正極電解液および負極電解液の活物質となる金属イオンの価数変化反応に伴って充放電を行なう。
　正極タンク１０６と電池要素１００ｃとに取り付けられ、正極タンク１０６内の正極電解液を電池要素１００ｃに供給するための正極上流配管１１の一端、すなわち正極タンク１０６側の開口部１１ｔは、正極タンク１０６内の正極電解液の液面寄りの位置（正極タンク１０６の底部から正極タンク１０６内の正極電解液の液面までの距離をＬとしたとき、正極タンク１０６の底部から（Ｌ／２）よりも大きく、Ｌ未満の位置）で開口している。なお、正極上流配管１１の開口部１１ｔの位置が正極タンク１０６の底部から離れているほど、正極タンク１０６から漏出する正極電解液量を低減しやすくなる。そのため、開口部１１ｔは、正極タンク１０６の底部から（２Ｌ／３）以上離れている位置に設けられていることが好ましく、正極タンク１０６の底部から（３Ｌ／４）以上離れている位置に設けられていることがより好ましい。なお、図１～図５において、正極タンク１０６および負極タンク１０７内の実線は液面を示し、一点鎖線は正極タンク１０６および負極タンク１０７の底部から（Ｌ／２）の位置を示している。
　ＲＦ電池１においては、たとえば図示しない架台などによって、正極タンク１０６内の正極電解液および負極タンク１０７内の負極電解液の液面よりも高い位置に電池要素１００ｃが支持されている。この構成により、ＲＦ電池１は、充放電運転の停止期間などにおいて、電池要素１００ｃ内の電解液を完全に抜き取ることができる。そのため、ＲＦ電池１は、電池要素１００ｃ内の電解液の残存による自己放電を低減して、放電容量の低下を抑制することができる。
　正極上流配管１１は、正極上流配管１１の一端が、正極タンク１０６内の正極電解液の液面寄りの位置に設けられた正極タンク側の開口部１１ｔとなっており、正極上流配管１１の他端が、電池要素１００ｃと連結する開口部である電池要素側の開口部１１ｃとなっている。電池要素１００ｃは正極タンク１０６の上方に設置されているため、開口部１１ｃは、正極タンク１０６の上方に設置されている電池要素１００ｃに向かって、正極タンク１０６の上方に設置されている。また、正極上流配管１１の中間部には、正極上流配管１１の一部が正極タンク１０６内の正極電解液の液面よりも低い位置に設置された部分である低位置部１１Ｌが設けられている。したがって、正極上流配管１１は、正極上流配管１１の中間部が、正極上流配管１１の両端の開口部１１ｔおよび開口部１１ｃよりも低くなるように、Ｕ字状に屈曲させられており、このＵ字状部分に低位置部１１Ｌが含まれている。
　ポンプ１１２は、正極上流配管１１の最も低い位置にある直線状の低位置部１１Ｌに取り付けられており、直線状の低位置部１１Ｌとポンプ１１２とが、正極タンク１０６と同様に、床面（設置面）に支持されている。なお、正極上流配管１１の長手方向におけるポンプ１１２の設置位置は適宜選択することができるため、ポンプ１１２の設置位置は、上記以外の位置であってもよい。
　また、正極タンク１０６内には、収納配管１０Ａが設置されている。収納配管１０Ａの少なくとも一部が正極タンク１０６内の正極電解液に浸漬される（図１に示す例においては、収納配管１０Ａのすべてが正極タンク１０６内の正極電解液に浸漬されている）。したがって、収納配管１０Ａの構成材料は、正極タンク１０６内の正極電解液と反応しない材料を用いることが好ましく、たとえば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などを用いることができる。収納配管１０Ａの構成材料は、正極上流配管１１、正極下流配管１２、負極上流配管２１および負極下流配管２２にも適用することができる。
　収納配管１０Ａの一端の開口部が、正極上流配管１１の正極タンク側の開口部１１ｔに連結される。すなわち、収納配管１０Ａの一端の開口部（上流配管側の開口部）は、正極タンク１０６内の正極電解液の液面寄りの位置（正極タンク１０６の底部から正極タンク１０６内の正極電解液の液面までの距離をＬとしたとき、正極タンク１０６の底部から（Ｌ／２）よりも大きく、Ｌ未満の位置）に設けられている。また、上述のように、開口部１１ｔは、正極タンク１０６の底部から（２Ｌ／３）以上離れている位置に設けられていることが好ましく、正極タンク１０６の底部から（３Ｌ／４）以上離れている位置に設けられていることがより好ましい。
　なお、収納配管１０Ａと正極上流配管１１とをそれぞれ独立した配管とし、任意の接続部によって連結されていてもよく、収納配管１０Ａと正極上流配管１１とを連続した一つの配管としてもよい。この点は、後述する実施形態においても、同様である。
　収納配管１０Ａの他端の開口部１０ｏは、正極タンク１０６内の正極電解液の底部寄りの位置（正極タンク１０６の底部から正極タンク１０６内の正極電解液の液面までの距離をＬとしたとき、正極タンク１０６の底部から（Ｌ／２）以下の位置）に設置されている。収納配管１０Ａの底部側開口部１０ｏは、正極タンク１０６の底部に近いほど、正極タンク１０６内の正極電解液の液面との間の距離が広がり、正極電解液の液面から離れた位置の正極電解液を電池要素１００ｃに供給することができる。特に、正極上流配管１１の正極タンク側の開口部１１ｔおよび収納配管１０Ａの上流配管側の開口部が、正極タンク１０６内の正極電解液の液面の上方空間に設けられている場合には、電池要素１００ｃから正極タンク１０６内に戻された正極電解液は、正極タンク１０６の底部から取り出されるまでの間に十分に対流することができる。その結果、実施形態１のＲＦ電池１においては、正極タンク１０６内の正極電解液が均一な状態になりやすく、均一な状態の正極電解液を電池要素１００ｃに供給することができる。したがって、収納配管１０Ａの他端の開口部１０ｏの設置位置は、正極タンク１０６の底部からの距離が短いほど（正極タンク１０６の底部に近いほど）好ましく、正極タンク１０６の底部から（Ｌ／３）以下の距離だけ離れている位置に設けられていることが好ましく、正極タンク１０６の底部から（Ｌ／４）以下の距離だけ離れている位置に設けられていることがより好ましく、正極タンク１０６の底部近傍であることが特に好ましい。
　上述のように、収納配管１０Ａの両端は、正極タンク１０６内の上方および下方に離れて設置されているため、収納配管１０Ａの形状は、Ｌ字を上下に反転させた逆Ｌ字状となっている。そして、逆Ｌ字状の収納配管１０Ａと、正極上流配管１１の一部（低位置部１１Ｌの直線状部分の開始点までの部分）とが逆Ｕ字状の配管を形成している。
　さらに、収納配管１０Ａの正極タンク１０６内の正極電解液の液面寄りの位置（正極タンク１０６の底部から正極タンク１０６内の正極電解液の液面までの距離をＬとしたとき、正極タンク１０６の底部から（Ｌ／２）よりも大きく、Ｌ未満の位置）に、漏出防止孔１０ｈが設けられている。漏出防止孔１０ｈの設置位置は、正極タンク１０６の底部から離れているほど、正極タンク１０６内の正極電解液の漏出量を抑えることができるため、正極タンク１０６内の正極電解液中において、正極タンク１０６の底部から最も離れている位置であることが好ましい。実施形態１のＲＦ電池１において、漏出防止孔１０ｈは、逆Ｌ字状の収納配管１０Ａの角部（最も高い位置）に設けられている。
　収納配管１０Ａの大きさ（断面積）および断面形状は、適宜選択することができ、たとえば、収納配管１０Ａの全長に亘って断面形状を一定の形状とする形態、または収納配管１０Ａの長手方向の一部に断面形状または断面積が異なる部分を有する形態を挙げることができる。収納配管１０Ａの断面形状としては、たとえば円形状または矩形状などを挙げることできるが、正極電解液の流通抵抗を小さくする観点からは、円形状とすることが好ましい。実施形態１のＲＦ電池１においては、収納配管１０Ａは、収納配管１０Ａの全長に亘って一定の断面形状を有し、その断面形状は円形状とされている。
　漏出防止孔１０ｈの大きさ（断面積）および断面形状は、適宜選択することができ、たとえば、円形状、矩形状、矩形以外の多角形状または楕円形状などを挙げることができる。漏出防止孔１０ｈの大きさ（断面積）は、収納配管１０Ａの開口部１０ｏの大きさ（断面積）よりも小さくなっている。
　たとえば、収納配管１０Ａの開口部１０ｏおよび漏出防止孔１０ｈの断面形状が円形状である場合には、漏出防止孔１０ｈの直径φhは、収納配管１０Ａの直径φiよりも小さい(φh＜φi)。特に、漏出防止孔１０ｈの直径φhが、１ｍｍ以上（φi／２）未満である場合、特に２ｍｍ以上１０ｍｍ以下程度である場合に、漏出防止孔１０ｈを利用しやすくなる。実施形態１のＲＦ電池１においては、漏出防止孔１０ｈの直径φhが、１ｍｍ以上（φi／２）未満とされている。
　また、正極下流配管１２は、正極下流配管１２の一端に、正極タンク１０６内の正極電解液の上方空間で開口する開口部を有しており、正極下流配管１２の他端は、電池要素１００ｃに接続されている。正極下流配管１２の一端の開口部の位置は、適宜設定することができ、たとえば、正極タンク１０６内の正極電解液の液面寄りの位置、または正極タンク１０６内の底部寄りの位置とすることができる。
[規則91に基づく訂正 09.04.2014]　
　負極側の配管構造も、上述した正極側の配管構造と同様である。負極上流配管２１の一端は、負極タンク１０７内の負極電解液の液面寄りの位置（負極タンク１０７の底部から負極タンク１０７内の負極電解液の液面までの距離をＬとしたとき、負極タンク１０７の底部から（Ｌ／２）よりも大きく、Ｌ未満の位置）で開口する負極タンク側の開口部２１ｔを有している。負極上流配管２１の他端は、電池要素１００ｃと連結する開口部である電池要素側の開口部２１ｃとなっている。また、負極上流配管２１の中間部には、負極上流配管２１の一部が負極タンク１０７内の負極電解液の液面よりも低い位置（負極タンク側開口部２１ｔよりも低い位置）に設置された部分である低位置部２１Ｌが設けられている。また、ポンプ１１３は、負極上流配管２１の直線状の低位置部2１Ｌに取り付けられている。負極タンク１０７内には、逆Ｌ字状の収納配管２０Ａが設置されている。収納配管２０Ａの一端の開口部が、負極上流配管２１の負極タンク側の開口部２１ｔに連結され、収納配管２０Ａの他端の開口部（底部側の開口部）２０ｏが、負極タンク１０７内の負極電解液の底部寄りの位置（負極タンク１０７の底部から負極タンク１０７内の負極電解液の液面までの距離をＬとしたとき、負極タンク１０７の底部から（Ｌ／２）以下の位置）に設置されている。さらに、収納配管２０Ａの負極タンク１０７内の負極電解液の液面寄りの位置（負極タンク１０７の底部から負極タンク１０７内の負極電解液の液面までの距離をＬとしたとき、負極タンク１０７の底部から（Ｌ／２）よりも大きく、Ｌ未満の位置）に、開口部２０ｏよりも小さい漏出防止孔２０ｈが設けられている。そして、逆Ｌ字状の収納配管２０Ａと負極上流配管２１の一部とから逆Ｕ字状の配管が形成されている。負極下流配管２２は、負極下流配管２２の一端に負極タンク１０７内の負極電解液の上方空間で開口する開口部を有しており、負極下流配管２２の他端は、電池要素１００ｃに接続されている。なお、上記以外の負極側の配管構造は、上述した正極側の配管構造と同様であるため、ここでは、その説明については省略する。
　なお、図１～図５において、正極上流配管１１、正極下流配管１２、負極上流配管２１および負極下流配管２２の開口位置（タンク１０６，１０７に対する配管１１，１２，２１，２２の取り付け位置）は例示である。また、図１～図５に示される各配管は、直線的に屈曲した形状とされているが、湾曲形状であってもよく、屈曲させずに一部を傾斜させて設置してもよい。さらに、図１～図５においては、正極タンク１０６および負極タンク１０７の大きさおよび底部の位置を同一にしているが、異なるものとすることもできる。
　実施形態１のＲＦ電池１においては、正極タンク１０６内の正極電解液および負極タンク１０７内の負極電解液を取り出すための取出口（正極上流配管１１の正極タンク側の開口部１１ｔおよび負極上流配管２１の負極タンク側の開口部２１ｔ）が、正極電解液および負極電解液の液面近くに設けられており、かつ、正極タンク１０６内および負極タンク１０７内に設置された収納配管１０Ａ，２０Ａの底部側の開口部１０ｏ，２０ｏが、正極タンク１０６および負極タンク１０７の底部近傍に設置されている。この構成により、実施形態１のＲＦ電池１においては、正極タンク１０６の底部側の正極電解液および負極タンク１０７の底部側の負極電解液を電池要素１００ｃに供給可能である。
　また、実施形態１のＲＦ電池１においては、逆Ｌ字状の収納配管１０Ａと正極上流配管１１の一部とから逆Ｕ字状の配管が形成されており、逆Ｌ字状の収納配管２０Ａと負極上流配管２１の一部とから逆Ｕ字状の配管が形成されているが、収納配管１０Ａ，２０Ａには、正極タンク１０６の正極電解液および負極タンク１０７の負極電解液の液面近くに、漏出防止孔１０ｈ，２０ｈが設けられている。この構成により、実施形態１のＲＦ電池１においては、正極上流配管１１、負極上流配管２１およびポンプ１１２，１１３が破損したり、正極上流配管１１および負極上流配管２１と電池要素１００ｃとの接続が外れる等の事故が発生した場合であっても、正極タンク１０６の正極電解液および負極タンク１０７の負極電解液の漏出量を一部のみに制限することができる。
　具体的には、正極タンク１０６の正極電解液および負極タンク１０７の負極電解液のうち、漏出防止孔１０ｈ，２０ｈよりも上方に位置する電解液は、ポンプの駆動および停止に関わらず、上述の逆Ｕ字状の配管を利用して、サイフォンの原理により、正極タンク１０６および負極タンク１０７から漏出する。しかしながら、電解液の漏出によって、電解液から漏出防止孔１０ｈ，２０ｈが露出すると、逆Ｕ字状の配管は、正極タンク１０６内および負極タンク１０７内の気相を取り込み、電解液で満たされた状態ではなくなることによって、電解液の移動が自動的に停止する。これにより、実施形態１のＲＦ電池１においては、上述のような事故が発生した場合でも、正極タンク１０６の正極電解液および負極タンク１０７の負極電解液の漏出量を低減することができる。
　また、実施形態１のＲＦ電池１においては、電池要素１００ｃに電解液を供給する収納配管１０Ａ（２０Ａ）の開口部１０ｏ（２０ｏ）と、下流配管１２（２２）の開口部とがほぼ対角に設置されている。したがって、正極タンク１０６（負極タンク１０７）内における電解液の移動量を十分に確保することができるため、実施形態１のＲＦ電池１は、正極タンク１０６（負極タンク１０７）内で十分に対流した電解液を電池要素１００ｃに供給することができ、正極タンク１０６（負極タンク１０７）内の電解液の利用率を高めることができる。
[規則91に基づく訂正 09.04.2014]　
　［実施形態２］
　図２に、実施形態２のＲＦ電池の概略構成図を示す。実施形態２のＲＦ電池２は、実施形態１のＲＦ電池１と基本的な構成は同様である。具体的には、実施形態２のＲＦ電池２は、正負の両極の配管構造が対称的な構造であり、正極タンク１０６および負極タンク１０７からの電解液の取出口（上流配管１１，２１の開口部１１ｔ，２１ｔ）が、正極タンク１０６および負極タンク１０７内の電解液の液面寄りの位置に設けられている。正極タンク１０６および負極タンク１０７には、漏出防止孔１０ｈ，２０ｈが設けられた収納配管１０Ｂ，２０Ｂが設けられている。また、実施形態２のＲＦ電池２の上流配管１１，２１の一部には低位置部１１Ｌ，２１Ｌが設けられており、収納配管１０Ｂと正極上流配管１１（低位置部１１Ｌ）の一部とで逆Ｕ字状の配管が形成され、収納配管２０Ｂと正極上流配管２１（低位置部２１Ｌ）の一部とで逆Ｕ字状の配管が形成されている。実施形態２のＲＦ電池２は、収納配管１０Ｂ，２０Ｂの形状が、実施形態１のＲＦ電池１と異なる。以下、この相違点を中心に説明し、実施形態１のＲＦ電池１と重複する構成および効果については、詳細な説明を省略する。また、実施形態２のＲＦ電池２も、正極側の配管構造と、負極側の配管構造とが同じであるため、主に、正極側の配管構造を例に挙げて説明する。
　ＲＦ電池２の正極タンク１０６には収納配管１０Ｂが収納されており、収納配管１０Ｂの一端の開口部は、正極タンク１０６内の正極電解液の液面寄りの位置（（Ｌ／２）超えの位置）で開口しており、収納配管１０Ｂの他端の底部側の開口部１０ｏが正極タンク１０６の底部寄りの位置（（Ｌ／２）以下の位置）で開口している。収納配管１０Ｂの正極タンク１０６内の正極電解液の液面寄りの位置（（Ｌ／２）超えの位置）には、開口部１０ｏよりも小さい漏出防止孔１０ｈが設けられている。
　そして、実施形態２のＲＦ電池２においては、収納配管１０Ｂが、上に凸な形状となっており、正極タンク１０６の底部から最も高い位置（凸部分の頂点）に漏出防止孔１０ｈが設けられている。すなわち、ＲＦ電池２においては、漏出防止孔１０ｈの設置位置が、正極タンク１０６の正極電解液の取出口である正極上流配管１１の正極タンク側の開口部１１ｔよりも高い位置とされている。
　負極側の配管構造も同様であり、収納配管２０Ｂが、上に凸な形状となっており、この凸部分の頂点）に漏出防止孔２０ｈが設けられている。そして、漏出防止孔２０ｈの設置位置が、負極上流配管２１の負極タンク側の開口部２１ｔよりも高い位置とされている。
　実施形態２のＲＦ電池２においては、実施形態１のＲＦ電池１と比べて、漏出防止孔１０ｈ，２０ｈが高い位置に配置されている。そのため、上述のような事故が発生した場合であっても、正極タンク１０６内および負極タンク１０７内の電解液の液面から漏出防止孔１０ｈ，２０ｈが露出するまでに漏出する電解液量が実施形態１のＲＦ電池１と比べて少ない。したがって、実施形態２のＲＦ電池２においては、正極タンク１０６内および負極タンク１０７内の電解液の漏出量をより低減することができる。
　また、実施形態２のＲＦ電池２においても、収納配管１０Ｂ（２０Ｂ）の開口部１０ｏ（２０ｏ）と、下流配管１２（２２）における正極タンク１０６（負極タンク１０７）側の開口部との間の距離が大きくなるように、これらの開口部がほぼ対角に設置されているため、正極タンク１０６（負極タンク１０７）内の電解液の利用率を高めることができる。
　［実施形態３］
　図３に、実施形態３のＲＦ電池の概略構成図を示す。実施形態３のＲＦ電池３は、実施形態１のＲＦ電池１と基本的な構成は同様である。実施形態３のＲＦ電池３は、正極タンク１０６内および負極タンク１０７内の電解液の取出口である上流配管１１，２１の開口部１１ｔ，２１ｔの設置位置および収納配管１０Ｃ，２０Ｃの形状が、実施形態１のＲＦ電池１と異なっている。以下、この相違点を中心に説明し、実施形態１のＲＦ電池１と重複する構成および効果については、詳細な説明を省略する。また、実施形態３のＲＦ電池３も、正極側の配管構造と、負極側の配管構造とが同じであるため、主に、正極側の配管構造を例に挙げて説明する。
　実施形態３のＲＦ電池３においては、正極タンク１０６に収納される収納配管１０Ｃが直線状であり、収納配管１０Ｃの一端が正極タンク１０６内の正極電解液の液面寄りの位置（（Ｌ／２）超えの位置：ここでは、正極電解液の液面よりも上方に位置する正極タンク１０６の上方の空間）で開口する開口部となっている。また、収納配管１０Ｃの他端は正極タンク１０６の底部寄りの位置（（Ｌ／２）以下の位置）で開口する開口部１０ｏとなっている。収納配管１０Ｃの正極タンク１０６内の正極電解液の液面寄りの位置（（Ｌ／２）超えの位置）に、開口部１０ｏよりも小さい漏出防止孔１０ｈが設けられている。
　実施形態３のＲＦ電池３においては、正極上流配管１１の正極タンク１０６に接続される箇所の近傍が、上に凸な形状となっており、この凸部分の一端が低位置部１１Ｌに連なっている。すなわち、実施形態３のＲＦ電池３においては、漏出防止孔１０ｈの設置位置が正極電解液の取出口である正極上流配管１１の正極タンク側の開口部１１ｔよりも低い位置とされている。
　負極側の配管構造も同様であり、直線状の収納配管２０Ｃの一端が負極タンク１０７の上面で開口する開口部となっており、負極タンク１０７内の負極電解液の液面近くに漏出防止孔２０ｈが設置されており、負極上流配管２１の一部が、上に凸な形状となっている。そして、漏出防止孔２０ｈの設置位置が、負極上流配管２１の負極タンク側の開口部２１ｔよりも低い位置とされている。
　実施形態３のＲＦ電池３においては、正極タンク１０６内および負極タンク１０７内の電解液の取出口（開口部１１ｔ，２１ｔ）を正極タンク１０６および負極タンク１０７の上方側（ここでは、正極タンク１０６内および負極タンク１０７内の電解液の液面よりも上方側）に設けながら、正極タンク１０６および負極タンク１０７の底部側の電解液を電池要素１００ｃに供給することができる。このように、収納配管１０Ａ～１０Ｃ，２０Ａ～２０Ｃを利用することによって、正極タンク１０６および負極タンク１０７の周辺の空きスペースに応じて、電解液の取出口の設置位置を適宜設定し、正極タンク１０６内および負極タンク１０７内の電解液を満遍なく利用することができる。また、実施形態３のＲＦ電池３は、収納配管１０Ｃ，２０Ｃと、上流配管１１，２１の一部とによって形成される逆Ｕ字部分を有するものの、漏出防止孔１０ｈ，２０ｈを有することで、上述のような事故の発生時における正極タンク１０６内および負極タンク１０７内の電解液の漏出量を低減することができる。
　［実施形態４］
　図４に、実施形態４のＲＦ電池の概略構成図を示す。実施形態４のＲＦ電池４も、実施形態１～３のＲＦ電池１～３と同様に、正極タンク１０６および負極タンク１０７の底部寄りの位置に開口する収納配管３０Ａ，４０Ａを備えている。ただし、実施形態４のＲＦ電池４は、収納配管３０Ａ，４０Ａがそれぞれ正極下流配管１２および負極下流配管２２に連結されている点が実施形態１～３のＲＦ電池１～３と異なっている。この相違点以外の実施形態４のＲＦ電池４の構成は、実施形態３のＲＦ電池３と類似している。したがって、実施形態４のＲＦ電池４についての説明は、この相違点を中心に行ない、実施形態３のＲＦ電池３と重複する構成および効果については、詳細な説明を省略する。また、実施形態４のＲＦ電池４も、正極側の配管構造と、負極側の配管構造とが同じであるため、主に、正極側の配管構造を例に挙げて説明する。
[規則91に基づく訂正 09.04.2014]　
　正極下流配管１２の一端は、実施形態１～３と同様に、正極タンク１０６内の正極電解液の上方空間で開口する開口部となっており、正極下流配管１２の他端が電池要素１００ｃに取り付けられている。収納配管３０Ａは、実施形態３のＲＦ電池３の収納配管１０Ｃと同様に直線状となっており、収納配管３０Ａの一端が正極タンク１０６内の正極電解液の液面寄りの位置（（Ｌ／２）超えの位置：ここでは、正極電解液の液面よりも上方に位置する正極タンク１０６の上方の空間）に設置された正極下流配管１２の開口部１２ｔと連結されている。また、収納配管３０Ａの他端は正極タンク１０６の底部寄りの位置（（Ｌ／２）以下の位置）で開口する開口部３０ｏとなっている。収納配管３０Ａの正極タンク１０６内の正極電解液の液面寄りの位置（（Ｌ／２）超えの位置）に、開口部３０ｏよりも小さい漏出防止孔３０ｈが設けられている。
　正極上流配管１１の一端は、実施形態３のＲＦ電池３と同様に、正極タンク１０６の上方空間で開口する開口部１１ｔとなっている。また、正極上流配管１１の他端は電池要素１００ｃに取り付けられる開口部１１ｃとなっており、正極上流配管１１の中間部には低位置部１１Ｌが設けられている。また、正極上流配管11の一端の開口部１１ｔには、別の収納配管１０Ｄが連結されている。収納配管１０Ｄの一端は、正極タンク１０６内の正極電解液中で開口する開口部１０ｏとなっている。ここで、収納配管１０Ｄの長さは、正極下流配管１２に連結される収納配管３０Ａよりも短く、収納配管１０Ｄの開口部１０ｏが正極タンク１０６内の正極電解液の液面寄りの位置に設置されている。したがって、正極下流配管１２に連結される収納配管３０Ａの開口部３０ｏと、正極上流配管１１に連結される短い収納配管１０Ｄの開口部１０ｏとは、正極タンク１０６内の正極電解液で形成される矩形のほぼ対角の位置に設置される。
　そして、収納配管３０Ａと、正極下流配管１２と、電池要素１００ｃと、正極上流配管１１の一部(低位置部１１Ｌを含む部分)とが逆Ｕ字状に設置される。
　負極側の配管構造も、上述した正極側の配管構造と同様であり、負極下流配管２２における負極タンク側の開口部２２ｔに、直線状の収納配管４０Ａの一端が連結されている。収納配管４０Ａの他端の開口部４０ｏは、負極タンク１０７の底部寄りの位置に設置されており、負極タンク１０７内の負極電解液の液面寄りの位置に、開口部４０ｏよりも小さい漏出防止孔４０ｈが設けられている。負極上流配管２１の負極タンク側の開口部２１ｔには、短い収納配管２０Ｄが連結されており、収納配管２０Ｄの他端側の開口部２０ｏは負極タンク１０７内の負極電解液の液面寄りの位置に設置されている。また、負極上流配管２１は低位置部２１Ｌを備えており、収納配管４０Ａと、負極下流配管２２と、電池要素１００ｃと、負極上流配管２１の一部(低位置部２１Ｌを含む部分)とが逆Ｕ字状に設置されている。
[規則91に基づく訂正 09.04.2014]　
　実施形態４のＲＦ電池４の正極タンク１０６および負極タンク１０７からの電解液の取出口（開口部１１ｔ，２１ｔ）および電池要素１００ｃからの電解液の戻り口（開口部１２ｔ，２２ｔ）の双方が、正極タンク１０６および負極タンク１０７の上方側（ここでは、正極タンク１０６内および負極タンク１０７内の電解液の液面よりも上方側）に設けられている。しかしながら、実施形態４のＲＦ電池４は、収納配管１０Ｄ，２０Ｄ，３０Ａ，４０Ａを備えることによって、正極タンク１０６内および負極タンク１０７内の液面側の電解液を電池要素１００ｃに供給することができ、かつ、電池要素１００ｃからの電解液を正極タンク１０６および負極タンク１０７の底部側に戻すことができる。また、実施形態４のＲＦ電池４は、収納配管３０Ａ，４０Ａと、正極タンク１０６および負極タンク１０７の外部に設置される電解液流路（下流配管１２，２２；電池要素１００ｃ；上流配管１１，２１）の一部とによって形成される逆Ｕ字状部分を有するが、漏出防止孔３０ｈ，４０ｈを有しているため、上述のような事故の発生時における正極タンク１０６内および負極タンク１０７内の電解液の漏出量を低減することができる。
　［実施形態５］
　図５に、実施形態５のＲＦ電池の概略構成図を示す。実施形態５のＲＦ電池５においては、上流配管１１（２１）の一端が、正極タンク１０６（負極タンク１０７）内の正極電解液（負極電解液）の液面寄りの位置（（Ｌ／２）よりも大きくＬ未満の位置）で開口する開口部１１ｔ（２１ｔ）に収納配管が連結されていない。実施形態５のＲＦ電池５においては、収納配管が少ないため、部品点数および組立工程を低減することができる。また、実施形態５のＲＦ電池５における基本的な構成は、実施形態４のＲＦ電池４と同様（ただし、上流配管１１（２１）の形状は、実施形態１のＲＦ電池１と同様）であるため、その説明については省略する。
　＜変形例１＞
　上述した実施形態１～５においては、いずれも、正負の両極の配管構造が対称的な構造である形態について説明したが、各極の配管構造を異ならせることもできる。たとえば、正負のいずれか一方の極では収納配管を有していない形態としたり、正負のいずれか一方の極では、実施形態１の配管構造とし、他方の極では、実施形態２の配管構造を備える形態とすることもできる。
[規則91に基づく訂正 09.04.2014]　
　＜変形例２＞
　上述した実施形態１～５においては、いずれも、電池要素１００ｃが正極タンク１０６内および負極タンク１０７内の電解液の液面と同等以上の高さの位置に設置された形態について説明したが、電池要素１００ｃの設置位置を変更することもできる。たとえば、電池要素１００ｃを正極タンク１０６および負極タンク１０７の底部と同等程度の位置（床面など）に設置することもできる。より具体的には、図１～図５に示す例において、正極上流配管１１および負極上流配管２１のうち、ポンプ１１２，１１３が取り付けられた直線状の部分の端部に電池要素１００ｃを接続した形態にすることもできる。この形態においては、電池要素１００ｃを支持する架台が不要となる。
　本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。たとえば、上流配管などに設けられる低位置部は、上流配管などが接続されるタンク内の液面よりも低い位置に設置されればよく、必ずしも床面上に設置される部分を有する必要はない。床面上に設置した適宜な架台面上に低位置部を設けてもよい。
　以上のように本発明の実施形態および変形例について説明を行なったが、上述の各実施形態および各変形例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
　今回開示された実施形態および変形例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　本発明に係るレドックスフロー電池は、たとえば、太陽光発電および風力発電などの新エネルギの発電に対して、発電出力の変動の安定化、発電電力の余剰時の蓄電、または負荷平準化などを目的とした大容量の蓄電池に好適に利用することができる。また、本発明に係るレドックスフロー電池は、一般的な発電所および工場などに併設されて、瞬低・停電対策および負荷平準化を目的とした大容量の蓄電池としても好適に利用することができる。
　１，２，３，４，５，１００　レドックスフロー電池、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，３０Ａ　収納配管、１０ｈ，３０ｈ　漏出防止孔、１０ｏ，３０ｏ　開口部、１１　正極上流配管、１１ｔ，１２ｔ　正極タンク側の開口部、１１ｃ　電池要素側の開口部、１１Ｌ　低位置部、１２　正極下流配管、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，４０Ａ　収納配管、２０ｈ，４０ｈ　漏出防止孔、２０ｏ，４０ｏ　開口部、２１　負極上流配管、２１ｔ，２２ｔ　負極タンク側の開口部、２１ｃ　電池要素側の開口部、２１Ｌ　低位置部、２２　負極下流配管、１００ｃ　電池要素、１０１　隔膜、１０２　正極セル、１０３　負極セル、１０４　正極電極、１０５　負極電極、１０６　正極タンク、１０７　負極タンク、１０８，１０９　上流配管、１１０，１１１　下流配管、１１２，１１３　ポンプ。

Claims (6)

  1. 　タンク（１０６，１０７）内の電解液を電池要素（１００ｃ）に供給して充放電を行なうレドックスフロー電池（１，２，３，４，５）であって、
    　前記タンク（１０６，１０７）内の電解液を前記電池要素（１００ｃ）に供給する上流配管（１１，２１）と、
    　前記電池要素（１００ｃ）からの電解液を前記タンク（１０６，１０７）に戻す下流配管（１２，２２）と、
    　前記タンク（１０６，１０７）内に設置され、前記上流配管（１１，２１）または前記下流配管（１２，２２）に連結された収納配管（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，３０Ａ，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，４０Ａ）と、を備え、
    　前記上流配管（１１，２１）、前記電池要素（１００ｃ）、および前記下流配管（１２，２２）で構成される電解液流路の一部は、前記タンク（１０６，１０７）内の電解液の液面よりも低い位置に設置された低位置部（１１Ｌ，２１Ｌ）となっており、
    　前記収納配管（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，３０Ａ，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，４０Ａ）の一端に連結された前記上流配管（１１，２１）または前記下流配管（１２，２２）の一端は、前記タンク（１０６，１０７）内の電解液の液面寄りの位置または前記液面の上方空間で開口し、
    　前記収納配管（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，３０Ａ，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，４０Ａ）の他端は、前記タンク（１０６，１０７）の底部寄りの位置で開口し、
    　前記収納配管（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，３０Ａ，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，４０Ａ）において前記タンク（１０６，１０７）内の電解液の液面寄りの位置に漏出防止孔（１０ｈ，２０ｈ，３０ｈ，４０ｈ）が設けられており、
    　前記漏出防止孔（１０ｈ，２０ｈ，３０ｈ，４０ｈ）は、前記収納配管（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，３０Ａ，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，４０Ａ）の他端側の開口部（１０ｏ，２０ｏ，３０ｏ，４０ｏ）よりも小さいことを特徴とするレドックスフロー電池（１，２，３，４，５）。
  2. 　前記収納配管（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，３０Ａ，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）の一端は、前記上流配管（１１，２１）に連結され、
    　前記上流配管（１１，２１）の一部に前記低位置部（１１Ｌ，２１Ｌ）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレドックスフロー電池（１，２，３，４，５）。
  3. 　前記下流配管（１２，２２）の一端は、前記タンク（１０６，１０７）内の電解液の液面寄りの位置、または前記液面の上方空間で開口していることを特徴とする請求項２に記載のレドックスフロー電池（１，２，３，４，５）。
  4. 　前記収納配管（３０Ａ，４０Ａ）の一端は、前記下流配管（１２，２２）に連結され、
    　前記上流配管（１１，２１）の一部に前記低位置部（１１Ｌ，２１Ｌ）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレドックスフロー電池（４，５）。
  5. 　前記上流配管（１１，２１）の一端は、前記液面の上方空間に開口しており、前記タンク（１０６，１０７）内の電解液中に開口した別の収納配管（１０Ｄ，２０Ｄ）が連結されている、または前記タンク（１０６，１０７）内の電解液の液面寄りの位置で開口していることを特徴とする請求項４に記載のレドックスフロー電池（４）。
  6. 　前記漏出防止孔（１０ｈ，２０ｈ，３０ｈ，４０ｈ）の直径をφh、前記収納配管（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，３０Ａ，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）の他端側の開口部（１０ｏ，２０ｏ，３０ｏ，４０ｏ）の直径をφiとするとき、前記漏出防止孔（１０ｈ，２０ｈ，３０ｈ，４０ｈ）の直径φhは、１ｍｍ以上（φi／２）未満であることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池（１，２，３，４，５）。
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