(57)【要約】【課題】セル積層体の厚みに不均一が生じても、締付機構によるセル積層体の積層方向への締め付け力により、セルの積層面にかかる面圧を均一にして、セルフレームなどの部材の破損や、液漏れを防止する。【解決手段】正極電極、隔膜、負極電極を有する板状のセルが複数積層して構成されるセル積層体と、セル積層体を積層方向に締め付ける締付機構とを有する電解液循環型電池である。締付機構3は、セル積層体200の積層方向両端の外側に配置されるエンドプレート31と、エンドプレート間の間隔を調整する調整部32と、セル積層体200の積層方向最外面とエンドプレート31との間に設けられる変形部33とを備える。変形部33は、セル積層体200の前記最外面の全体を覆い、セル積層体200の前記最外面に沿って変形して、エンドプレート31でセル積層体を押圧する際に、セル積層体に対して均一に圧力を掛ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極電極、隔膜、負極電極を有する板状のセルが複数積層して構成されるセル積層体と、セル積層体を積層方向に締め付ける締付機構とを有する電解液循環型電池であって、
締付機構は、セル積層体の積層方向両端の外側に配置されるエンドプレートと、
エンドプレート間の間隔を調整する調整部と、
セル積層体の積層方向最外面とエンドプレートとの間に設けられ、セル積層体の前記最外面の全体を覆い、エンドプレートでセル積層体を押圧する際に、セル積層体の前記最外面に沿って変形して、セル積層体に対して均一に圧力を掛ける変形部とを備えていることを特徴とする電解液循環型電池。
【請求項２】
変形部は、
内部に流体が充填される袋状部材と、
袋状部材の積層方向と直交する方向への変形を阻止し、積層方向への変形を可能とするように、セル積層体に袋状部材を当接させた状態で、袋状部材を覆って、積層方向へ移動可能にセル積層体の外周に嵌合される蓋状のガイド部材とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電解液循環型電池。
【請求項３】
袋状部材が内圧により自在に変形可能な材料で形成され、セル積層体の外方に、袋状部材内に配管を介して連通する流体貯留部と、袋状部材内の圧力を検出する圧力検出手段と、流体貯留部内の流体を袋状部材に対して給排する給排手段とを備えていることを特徴とする請求項２に記載の電解液循環型電池。
【請求項４】
袋状部材の内部に充填される流体が気体であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電解液循環型電池。
【請求項５】
袋状部材の内部に充填される流体が液体であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電解液循環型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極電極、隔膜、負極電極を有する板状のセルが複数積層して構成されるセル積層体を有する電解液循環型電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電解液循環型電池としては、例えばレドックスフロー電池が知られている。このレドックスフロー電池は、図４の動作原理図に示すように、イオン交換膜からなる隔膜101で正極セル100Aと負極セル100Bとに分離されたセル100を備える。正極セル100A、負極セル100Bにはそれぞれ正極電極102と負極電極103とを内蔵している。
【０００３】
正極セル100Aには、正極電解液を貯留する正極タンク104Aが導管106Aを介して接続され、負極セル100Bには、負極電解液を貯留する負極タンク104Bが導管106Bを介して接続されている。導管106A,106Bの途中には、循環ポンプ105A、105Bが設けられており、これら導管106A,106Bを介して、各電解液がそれぞれのタンクとセルとの間で循環される。
【０００４】
各極電解液にはバナジウムイオンなど原子価が変化するイオンの水溶液を用い、ポンプ105A、105Bで電解液を循環させながら、正極電極102、負極電極103におけるイオンの価数変化反応に伴って充放電を行う。そして、上記レドックスフロー電池は、交流/直流変換器に接続させることにより、交流/直流変換器を介して、発電所などの充電対象や需要家などの放電対象と接続し、各対象に対して充放電を行う。
【０００５】
また、レドックスフロー電池は、特許文献１に示すように、通常、複数のセルが積層されたセル積層体が用いられる。このセル積層体200は、図５に示すように、双極板211を有するセルフレーム210、カーボンフェルト製の正極電極102、隔膜101、カーボンフェルト製の負極電極103を順次積層して、双極板211の間に正極電極102、隔膜101、負極電極103が配置されたセルが複数形成される。
【０００６】
図５では、複数のセルを積層していく際に、給排板220も介在させている。２枚の給排板220の間に、複数のセルを配置させてサブスタック201を構成している。図５のセル積層体200は、これらサブスタック201をさらに複数積層して構成している。
【０００７】
また、セルフレーム210は、絶縁性を有する合成樹脂で形成されるフレーム部212と、フレーム部212に固定される双極板211とから構成される。正極電極102と負極電極103は、このフレーム部212の内周部の面積より小さく形成され、隔膜101は、フレーム部212の内周部の面積より大きく形成される。そして、セルフレーム210を積層していく際に、フレーム部212で隔膜101の外周縁部を挟持するとともに、双極板211と隔膜101の間に、正極電極102または負極電極103を配置するようになっている。さらに、前記給排板220は、電解液流通路を有し、絶縁性の合成樹脂で形成されている。
【０００８】
そして、セル積層体200は、セルフレーム210を積層していく際に、各フレーム部212の間にリング状のシール部材を介在させている。さらに、セル積層体200の積層方向両端部に、エンドプレート31を配置し、２枚のエンドプレート31に連結棒321を貫通させて、連結棒321をナットで締め付けることにより、エンドプレート31でセル積層体200を挟持した状態でセル積層体200を積層方向に締め付けて積層状態を保持している。
【０００９】
【特許文献１】特開2002-367659号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一般に使用されるセルフレーム210は、例えば外周の形状が、幅1000mm、高さ780mmなど、面積の大きいものが使用される。しかも、フレーム部212には、電解液が流通されるマニホールド、電解液流通溝、シール部材が嵌め込まれるシール溝などが形成されているため、セルフレーム210は、複雑な形状をしている。
【００１１】
そして、セル積層体200は、通常、数10〜100枚程度のセルフレーム210が積層されて構成されるため、面積が大きく、積層面が複雑な形状をしているフレーム部212は、積層方向に締め付けられた際に、面圧にバラツキが生じる場合がある。このように、フレーム部212に面圧のバラツキが生ずると、電解液が漏れたり、フレーム部212に応力集中による割れが生ずる虞がある。
【００１２】
特に、セルフレーム210のフレーム部212は、金型の仕上がり精度や合成樹脂の冷却速度の差などにより、フレーム部212の厚みにバラツキが生ずる虞がある。このように、均一な厚みを有するフレーム部212が形成されないときには、前記した面圧のバラツキの原因となる。
【００１３】
さらに、セルフレーム210の間に介在させる正極電極102、隔膜101、負極電極103においても厚さに不均一がある。
【００１４】
セルフレーム、電極、隔膜は、同じ場所で厚みが厚かったり、薄かったりするので、これらの部材を積層するほど、セル積層体全体としては、厚みの不均一による積層方向の厚みの差は大きくなっていく。このように厚みの不均一が生ずるとフレーム部の間に設けたシール部材によるシールが十分に行えなくなり液漏れが生ずる。
【００１５】
ところで、前記したレドックスフロー電池では、セル積層体の構成部材であるセルフレームは、フレーム部と双極板とを一体化している。フレーム部と双極板とを一体化する方法には、以下の二つの方法がある。一つの方法では、フレーム部を射出成形などで得られた２枚のフレーム片で構成し、両フレーム片の内周部の間に双極板の外周部を挟み込んでおいて、これらフレーム片を接着剤を用いて貼り合わせることによりフレーム部と双極板とを一体化させている。他の一つの方法では、双極板を中子としてフレーム部を射出成形にて形成することにより、フレーム部と双極板とを一体化させている。
【００１６】
フレーム部を、薄肉のフレーム片を接着剤で貼り合わせて構成する場合には、フレーム部は、接着剤が塗布された部分で膨潤してしまう。その結果、フレーム部は、膨潤していた部分が日数の経過で収縮してしまい、貼り合わせた直後と、接着して数日が経過した後とで、フレーム部の厚みが異なる問題が生ずる。
【００１７】
また、フレーム部は、合成樹脂で形成されているため、クリープ現象により締付応力で厚みが時間の経過とともに減少してしまう。
【００１８】
このように、時間の経過でフレーム部の厚みが減少してしまうと、エンドプレート、連結棒、ナットを用いてセル積層体を締め付けていても、ナットによる締付状態（締付力）には変化がないので、厚み減少による隙間の発生で、液漏れが発生する場合がある。
【００１９】
従って、本発明の主目的は、セル積層体を構成する部材の厚みに不均一が生じても、締付機構によるセル積層体の積層方向への締め付け力により、セルの積層面にかかる面圧を均一にして、セルフレームなどの部材の破損や、液漏れを防止できる電解液循環型電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の電解液循環型電池は、正極電極、隔膜、負極電極を有する板状のセルが複数積層して構成されるセル積層体と、セル積層体を積層方向に締め付ける締付機構とを有する。
【００２１】
セル積層体には、さらに、双極板、正極電極、隔膜、負極電極を順次積層する際に、各セルの正極電極または負極電極に電解液を給排するための給排板や、セル積層体に対して電気の入出力を行う端子電極も備えている。給排板は、セル積層体とセル外部との間で電解液を流通させる電解液流通路を有する。
【００２２】
本発明の電解液循環型電池は、例えば、各極の電解液を貯留する正極タンクと負極タンクとに配管を介して連結されて構成される。電解液循環型電池は、負荷または電力系統に接続されて充放電を行う。さらに、電解液循環型電池は、セル積層体の正極電極と正極タンクとの間で正極電解液を循環させ、セル積層体の負極電極と負極タンクとの間で負極電解液を循環させる構成となっている。
【００２３】
前記した締付機構は、セル積層体の積層方向両端の外側に配置されるエンドプレートと、エンドプレート間の間隔を調整する調整部と、セル積層体の積層方向最外面とエンドプレートとの間に設けられる変形部とを備えている。
【００２４】
エンドプレートは、セル積層体の積層面、具体的には、双極板が固定されるセルフレームの面積より大きい面積を有している。
【００２５】
調整部は、例えば、２枚のエンドプレートに貫通される連結棒と、この連結棒の端部に取り付けられるナットと、ナットとエンドプレートとの間に介在され、連結棒に挿通されるコイルバネにより構成することができる。
【００２６】
エンドプレートの外周縁部全周には、適宜間隔を空けて、連結棒が挿通される挿通孔が多数形成されている。連結棒を、エンドプレートの挿通孔に挿通させることにより、連結棒がセル積層体の外側に配置されるようになっている。
【００２７】
連結棒の両端部には、所定の長さだけ螺子溝が形成されている。そして、エンドプレートに挿通された連結棒にコイルバネを挿通させた後、連結棒の両端にナットを取り付ける。ナットを締め込んでいくことにより、エンドプレートの間隔が狭くなっていき、エンドプレートによりセル積層体が積層方向に押圧されて、セル積層体の締付が行われる。
【００２８】
変形部は、前記したように、セル積層体の積層方向最外面とエンドプレートとの間に設けられ、セル積層体の前記最外面の全体を覆い、セル積層体の前記最外面に沿って変形して、エンドプレートでセル積層体を押圧する際に、セル積層体に対して均一に圧力を掛ける構成となっている。
【００２９】
例えば、所定の厚みを有する板状の軟質ゴム部材や、ゴムなどの合成樹脂で形成され、内部に流体が充填される袋状部材を、セル積層体の最外面に対して積層方向と直交する方向に移動または変形せず、積層方向に変形可能なようにガイド部材で保持することにより変形部を構成することができる。
【００３０】
変形部が、袋状部材とガイド部材を有する構成とする場合、袋状部材の内部に流体を充填させることにより、袋状部材の変形により袋内部で流体が移動し、袋状部材の外面がセル積層体の積層面の形状に沿うようになる。袋状部材の内部に充填される流体は、空気など気体としてもよいし、水などの液体としてもよい。
【００３１】
また、ガイド部材は、袋状部材が、積層方向と直交する方向へ変形するのを阻止し、積層方向へは変形するように、セル積層体に袋状部材を当接させた状態で、袋状部材を覆って、積層方向へ移動可能にセル積層体の外周に嵌合される蓋状に形成される。
【００３２】
本発明では、前記したように、セル積層体とエンドプレートとの間に、セル積層体の前記最外面の全体を覆うように、変形部を設ける。その結果、セル積層体全体として、厚みに不均一が生じ、厚みの厚い部分や厚みの薄い部分によりセル積層体の最外面が変形した場合、変形部が、セル積層体の前記最外面に沿って変形して、エンドプレートでセル積層体を押圧する際に、セル積層体に対して均一に圧力を掛けることができる。
【００３３】
特に、変形部を流体が充填された袋状部材を有するようにすれば、セル積層体の積層面の変形に追従しやすくなるので、セル積層体をエンドプレートで押圧したときに、セル積層体の積層面全体により均一に圧力を掛けることができる。
【００３４】
変形部が、袋状部材とガイド部材を有する構成とする場合には、さらに、袋状部材をゴムなどの伸縮可能な材料で形成し、セル積層体の外方に、袋状部材内に配管を介して連通する流体貯留部と、袋状部材内の圧力を検出する圧力検出手段と、流体貯留部内の流体を袋状部材に対して給排する給排手段を備える構成にすることができる。
【００３５】
袋状部材を内圧により自在に変形可能な材料で形成することにより、袋状部材の内部に充填させる流体の量を所望の圧力が得られるように調整することが可能となる。そして、袋状部材に対する流体の給排をポンプ、四方切換弁などから構成される給排手段を用いて、流体貯留部内の流体を袋状部材内に供給したり、袋状部材内の流体を流体貯留部へ戻したりすることにより、袋状部材内の流体の量を調整する。
【００３６】
袋状部材内の流体の量の調整は、袋状部材と流体貯留部とが配管で連通されていることから、例えば、配管における袋状部材とポンプとの間の流体の圧力を検出して、その圧力検出結果に基づいて、袋状部材内の圧力が所定の圧力より下がらないように給排手段で流体の袋状部材内の流体の充填量を制御する。なお、前記した所定の圧力は、セル積層体の締付力が液漏れの生じない締付力となる圧力であって、フレームなどの締付過ぎによる損傷が起こらない圧力のことをいう。
【００３７】
このように、流体貯留部と給排手段を設けて、袋状部材の圧力を自由に調整することにより、セル積層体の締付機構による締め付け力を積層面に均一に掛けることができることはもちろんのこと、エンドプレートとナットとの間に配設していたコイルバネを設ける必要が無くなる。
【００３８】
また、変形部を構成する部材として軟質ゴム部材を用いる場合、その材質は、軟質のシリコーンゴムやプロピレンゴムとすることができる。
【００３９】
さらに、本発明の電解液循環型電池は、電解液の性質からレドックスフロー電池に用いることが好ましい。なお、本発明の電解液循環型電池は、常時電解液を循環するタイプのものだけでなく、間歇的に電解液を循環するタイプのものも含む。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の電解液循環型電池によれば、締付機構に、セル積層体とエンドプレートとの間に設ける変形部を備えるようにしているので、この変形部が、セル積層体の積層面の変形に追従し、セル積層体をエンドプレートで押圧したときに、セル積層体の積層面全体に均一に圧力を掛けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明電解液循環型電池の実施の形態を説明する。本実施形態の電解液循環型電池は、レドックスフロー電池である。
【００４２】
［第１実施形態］
（全体構成）
図１は、本発明の電解液循環型電池を構成するセル積層体200の正面から見た断面図と、セルを構成する部材の斜視図とを示している。このセル積層体200は、双極板211を有するセルフレーム210、正極電極102、隔膜101、負極電極103を複数備える。そして、各セルフレーム210の間に正極電極102と隔膜101と負極電極103とが有するようにこれらの部材を積層してセル積層体200を構成している。
【００４３】
セル積層体200は、複数のセルを積層し、その積層方向両端部に給排板220を配置して構成されるサブスタック201を、さらに複数積層して構成されている。
【００４４】
そして、複数のサブスタック201を積層した状態のセル積層体200を、エンドプレート31を有する締付機構3にて各部材を積層方向に締め付けて、液漏れが生じないように、セル積層体200の積層状態を維持している。
【００４５】
また、セル積層体の単位セルは、２枚のセルフレーム210の間に正極電極102、隔膜101、負極電極103を配置することにより構成される。そして、２枚のセルフレーム210のフレーム部212で隔膜101の外周縁部を挟持した状態にするとともに、隔膜101とセルフレーム210の双極板211との間に正極電極102または負極電極103を配置させている。
【００４６】
本実施形態に用いるセル積層体は、図示していないが、セルの正極電極と正極タンクとが接続され、セルの負極電解と負極タンクとが接続されて、レドックスフロー電池が構成される。そして、本実施形態のレドックスフロー電池の動作原理は、図４に示した動作原理図に基づいて説明したものと同様であり、正極電解液が正極タンクと正極電極との間で循環されて正極電極に正極電解液が循環供給され、負極電解液が負極タンクと負極電極との間で循環されて負極電極に負極電解液が循環供給される。
【００４７】
（セルフレーム）
セルフレーム210は、図１に示すように、フレーム部212と、フレーム部212の内側に固定された双極板211とから構成される。フレーム部212は塩化ビニルを主成分とする合成樹脂で形成された枠状体である。一方、双極板211は黒鉛を含有した導電性プラスチックカーボン製の矩形板からなる。
【００４８】
フレーム部212と双極板211とは一体化されており、本実施形態では、射出成形などで得られた２枚のフレーム片を用意し、これらフレーム片を接合してフレーム部212を構成すると共に、両フレーム片を接合する際に両フレーム片の内周部の間に双極板211の外周部を挟み込んで接着してセルフレーム210を構成している。
【００４９】
なお、セルフレーム210のフレーム部212には、図１に示すように、フレーム部212の長辺において、複数のマニホールド213が形成されている。これらのマニホールド213は、正極電解液用として用いるものと負極電解液用として用いるものとに区別されている。複数のセルフレームを積層した際、各セルフレームのマニホールド213が連続した状態となって、これらマニホールド213により積層方向に伸びる電解液の流路が形成される。さらに、フレーム部の表面には、一つのマニホールドとフレーム部の内周面とを連通する流通溝214が形成されている。
【００５０】
本実施形態の電解液循環型電池では、セルフレーム210の下部に設ける正極電解液用のマニホールドから正極用流通溝を介してフレーム部212の内周面に正極電解液を供給し、この内周面に供給された正極電解液を上部に設ける正極用流通溝を介して正極電解液用マニホールドから排出させるようなっている。また、負極電解液も、セルフレーム210の下部に設ける負極電解液用のマニホールドから負極用流通溝を介してフレーム部212の内周面に負極電解液を供給し、この内周面に供給された負極電解液をセルフレーム210の上部に設ける負極用流通溝を介して負極電解液用マニホールドから排出させるようなっている。
【００５１】
セルフレーム210は、各セルフレーム210の間に、正極電極102、隔膜101、負極電極103を配置した状態で、セルフレーム210のフレーム部212同士をパッキンなどのシール部材を介して重ね合わしていく。このとき、２枚のフレーム部212で隔膜101の外周縁部を挟持した状態にするとともに、フレーム部212の枠内で、双極板211と隔膜101との間に正極電極102または負極電極103を配置させる。
【００５２】
（正極電極と負極電極）
前述したように各セルフレーム210の間に正極電極102と負極電極103が配置されることから、双極板211の一方の面には正極電極102が、他方の面には負極電極103が配置されることになる。通常、正極電極102および負極電極103には、カーボンフェルトが用いられる。これら電極102,103の大きさは、セルフレーム210のフレーム部212の枠内に形成される矩形空間に対応したサイズとしている。なお、これら電極102,103は双極板211に接着剤で接着するようにしてもよいし、後述する締付機構3の締付力により双極板211に各電極102,103を接触させるようにしてもよい。
【００５３】
（隔膜）
隔膜101は、イオン交換膜を用いる。材料にはイオン交換樹脂に塩化ビニル、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなどを含有したものが利用できる。この隔膜101は、セルフレーム210とほぼ同等の面積か、フレーム部212の外周縁より小さく、フレーム部212の内周縁よりも大きい外周縁を有する面積か、フレーム部212の外周縁より大きい面積を有するものとすることができる。なお、隔膜101は、フレーム部212に形成するマニホールドと重なる部分を有する場合には、マニホールドに面する個所に透孔を形成する。隔膜101は、その外周縁部をフレーム部212で挟持することにより、隔膜101の形状を保持するようになっている。
【００５４】
（給排板）
給排板220は、サブスタック201の積層方向両端に配置される。給排板220は、図示していないが、各電解液タンクとセルフレーム210のマニホールド213とを連結する電解液流通路を有する。給排板220に形成する電解液流通路にはパイプが取り付けられ、このパイプは電解液タンクへと接続される。
【００５５】
（締付機構）
締付機構3は、図１および図２に示すように、複数積層されたサブスタック201の積層方向外側に配置されるエンドプレート31と、エンドプレート31間の間隔を調整する調整部32と、セル積層体200の積層方向最外面とエンドプレート31との間に設けられる変形部33とを備えている。
【００５６】
エンドプレート31は、給排板220、セルフレーム210よりも面積が大きく、エンドプレート31における給排板220およびセルフレーム210からはみ出した部分で、エンドプレート31の外周縁部の全周には、連結棒321を挿通させる挿通孔311が複数形成されている。
【００５７】
調整部32は、エンドプレート31を連結する複数の連結棒321と、連結棒321の両端部に装着されるナット322と、連結棒321に挿通され、エンドプレート31とナット322との間に配設され、連結棒321に挿通されるコイルバネ323を備える。連結棒321は、その両端部にナット322をねじ込むための雄ネジ加工がなされている。
【００５８】
そして、連結棒321を、エンドプレート31の挿通孔311に挿通させた後、連結棒321にコイルバネ323を挿通させ、連結棒321の両端にナット322を取り付ける。ナット322を締め込んでいくことにより、エンドプレート31の間隔が狭くなっていき、エンドプレート31によりセル積層体200が積層方向に押圧されて、セル積層体の締め付けが行われるようなっている。なお、連結棒321に装着されるコイルバネ323は、セル積層体200を構成する部材の熱伸縮を吸収するために用いる。
【００５９】
変形部33は、セル積層体200の積層方向最外面、即ち、最も外側のサブスタック201とエンドプレート31との間に設けられる。そして、変形部33は、内部に気体または液体が充填される袋状部材331と、この袋状部材331を保持するガイド部材332を有する。
【００６０】
袋状部材331は、ゴムなどの合成樹脂により形成されており、セル積層体200の前記最外面の全体を覆う大きさを有した板状に形成されている。袋状部材331の内部に流体を充填させることにより、袋状部材331の変形により袋内部で流体が移動し、袋状部材331の外面がセル積層体の積層最外面の形状に沿うようになっている。袋状部材331の内部に充填される流体は、空気など気体としてもよいし、水などの液体としてもよく、袋状部材が損傷して、内部の流体が流出しても、人体に害を及ぼさないものが好ましい。
【００６１】
ガイド部材332は、袋状部材331をセル積層体200の最外面に対して積層方向と直交する方向に移動または変形せず、積層方向に変形可能なように保持するものである。
【００６２】
ガイド部材332は、セル積層体200に袋状部材331を当接させた状態で、袋状部材331を覆い、積層方向へ移動可能にセル積層体200の外周に嵌合される蓋状に形成されている。このガイド部材332を袋状部材331を覆うように設けることにより、袋状部材331が積層方向と直交する方向へ変形するのを阻止し、積層方向へ変形することは可能となり、袋状部材331によるセル積層体200への押圧力を積層方向に集中させることができる。
【００６３】
このように、第一実施形態では、袋状部材331とガイド部材332を、セル積層体200とエンドプレート31との間に配置して、前記ナット322を締め付けていくことにより、袋状部材331がエンドプレート31に押されながら、セル積層体200の前記最外面に沿って変形し、セル積層体に対して均一に締付力が掛かるようになっている。
【００６４】
本実施形態では、締付機構3に変形部33を備えるようにしているので、セル積層体全体として、厚みに不均一が生じ、厚みの厚い部分や厚みの薄い部分によりセル積層体の最外面が変形しても、エンドプレート31でセル積層体を押圧する際に、袋状部材331が、セル積層体200の最外面に沿って変形してセル積層体200に対して均一に圧力を掛けることができる。
【００６５】
特に、本実施形態では、変形部33を流体が充填された袋状部材331を有するようにしているので、この袋状部材331は、セル積層体200の積層面の変形に追従しやすく、セル積層体200をエンドプレート31で押圧したときに、セル積層体200の積層面全体に均一に圧力を掛けることができる。
【００６６】
［第２実施形態］
前記第１実施形態の電解液循環型電池では、締付機構3の変形部33が、袋状部材331とガイド部材332とにより構成されたが、図３に示す第２実施形態では、袋状部材331の内部圧力を調整できるようにしている。なお、第２実施形態の電解液循環型電池は、締付機構3の構成が第１実施形態と異なるだけであり、他の構成は、第１実施形態と同じ構成であるので、説明を省略する。
【００６７】
第２実施形態では、締付機構3は、エンドプレート31と調整部32と変形部33とを備える。エンドプレート31と調整部32を構成する部材は、コイルバネを削除したことを除いては同じものを使用している。
【００６８】
変形部33は、第一実施形態と同様に袋状部材331とガイド部材332を有する。ただし、袋状部材331は、ゴムなどの伸縮可能な材料で形成する。さらに、変形部33は、セル積層体200の外方に、袋状部材331内に配管41を介して連通すると、流体貯留部42内の圧力を検出する圧力検出手段5と、流体貯留部42内の流体を袋状部材331に対して給排する給排手段6も備える。
【００６９】
第２実施形態では、流体貯留部42と袋状部材331とを連通する配管の途中に、袋状部材331側から圧力検出部43と四方切換弁61とポンプ62とを設けている。圧力検出部43には、圧力センサー（圧力検出手段）5が設けられており、圧力検出部43内の流体の圧力を検出することにより、この圧力検出部43と略同圧の袋状部材331内の圧力を検出するようにしている。
【００７０】
四方切換弁61は、その切換動作で、ポンプ62の吸込み側が流体貯留部42に連通し、吐出側が袋状部材331側となるように配管41を接続したり、または、ポンプ62の吸込み側が袋状部材331に連通し、吐出側が流体貯留部42側となるように配管41を接続したりするようになっている。本実施形態では、ポンプ62と四方切換弁61により前記給排手段6を構成している。
【００７１】
前記圧力センサー5で検出した圧力検出結果は、コンピュータなどの制御装置7に送られ、制御装置7は、その圧力検出結果に基づいて、四方切換弁61とポンプ62を駆動制御するようになっている。
【００７２】
具体的には、袋状部材331内の圧力が予め設定されている所定の圧力の範囲にある場合には、四方切換弁61を流通不可とするとともに、ポンプ62を停止する。所定の圧力は、セル積層体の締付力が液漏れの生じない締付力となる圧力であって、フレームなどの締付過ぎによる損傷が起こらない圧力に設定する。
【００７３】
また、袋状部材331内の圧力が予め設定されている所定の圧力よりも小さい場合には、四方切換弁61を、ポンプ62の吸込み側が流体貯留部42に連通し、吐出側が袋状部材331側となるように配管41が接続されるように制御するとともに、袋状部材331内の圧力が所定圧力に上昇するまでポンプ62を駆動させる。この場合には、流体貯留部42内の流体が袋状部材331に供給され、袋状部材331内の圧力を上昇させることができる。
【００７４】
また、袋状部材331内の圧力が予め設定されている所定の圧力より高くなり過ぎた場合には、四方切換弁61を、ポンプ62の吸込み側が袋状部材331に連通し、吐出側が流体貯留部42側となるように配管41が接続されるように制御するとともに、袋状部材331内の圧力が所定圧力に下がるまでポンプ62を駆動させる。この場合には、袋状部材331内の流体が流体貯留部42内に戻され、袋状部材331内の圧力を降下させることができる。
【００７５】
以上のように、第２実施形態では、袋状部材331を内圧により自在に変形可能な材料で形成することにより、袋状部材の内部に充填させる流体の量を所望の圧力が得られるように調整することが可能となる。そして、袋状部材331に対する流体の給排を給排手段6を用いて、流体貯留部42内の流体を袋状部材331内に供給したり、袋状部材331内の流体を流体貯留部42へ戻したりすることにより、袋状部331材内の流体の量を調整して、袋状部材331内の圧力を調整することができる。
【００７６】
このように、流体貯留部42と給排手段6を設けて、袋状部材331の圧力を自由に調整することにより、締付機構3による締め付け力をセル積層体200の積層面に均一に掛けることができることはもちろんのこと、エンドプレートとナットとの間に配設していたコイルバネを設ける必要が無くなる。
【実施例】
【００７７】
前記した第１実施形態の構成のセル積層体を用いたレドックスフロー電池について、袋状部材の内部に水を充填させ、袋状部材をセル積層体とエンドプレートとの間に配置させた状態で、ナットを締付けたときに、内部圧力が0.25MPaとなるように、袋状部材の圧力を調整した。このときのセル積層体の最外面の面圧のバラツキを調べたところ、0.2〜0.3MPaのバラツキであった。なお、従来のように、袋状部材を設けない場合のセル積層体の最外面の面圧のバラツキは、0.1〜0.5MPaのバラツキであった。
【００７８】
次に、この構成のレドックスフロー電池を用いた電池システムにおいて、電池試験を-5℃〜45℃の条件で、ヒートサイクル試験を100回実施した結果、本発明のレドックスフロー電池では、液漏れや、セルフレームの応力集中による割れは生じなかった。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の電解液循環型電池は、特にレドックスフロー電池の運転に利用することが好適である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレドックスフロー電池のセル積層体の概略構成図である。
【図２】第１実施形態のセル積層体における変形部の部分の拡大部分断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るレドックスフロー電池のセル積層体の概略構成図である。
【図４】レドックスフロー電池の動作原理の説明図である。
【図５】従来のレドックスフロー電池のセル積層体の斜視図である。
【符号の説明】
【００８１】
100  セル      100A  正極セル        100B  負極セル
101  隔膜      102  正極電極      103  負極電極
104A  正極タンク        104B  負極タンク
105A,105B  ポンプ        106A,106B  導管
200  セル積層体  
201サブスタック
210  セルフレーム      211  双極板      212  フレーム部
213  マニホールド      214  流通溝
220  給排板      
3  締付機構    
31  エンドプレート      311  挿通孔
32  調整部      321  連結棒      322  ナット      323  コイルバネ
33  変形部      331  袋状部材      332  ガイド部材
41  配管      42  流体貯留部      43  圧力検出部    
6  給排手段      62  ポンプ      61  四方切換弁
5  圧力センサー（圧力検出手段）
7  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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