(57)【要約】フローバッテリスタック１０は、複数のフローバッテリ電池１２０、マニホールド３２および熱交換器２８を備えている。フローバッテリ電池１２０の各々は、可逆レドックス結合反応物を有した電解液によって湿らされた電極層１３４を備えている。マニホールド３２は、フローバッテリ電池１２０と電解液を交換する溶液通路９６を備えている。熱交換器２８は、熱交換流体通路６４を備えている。熱交換器２８は、溶液通路９６の電解液と熱交換流体通路６４を通して案内された熱交換流体との間で熱を交換する。フローバッテリ電池１２０、マニホールド３２および熱交換器２８は、フローバッテリスタック１０の第１の端部１２と第２の端部１４との間に配置される。
2014531716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可逆レドックス結合反応物を有した電解液によって湿らされた電極層をそれぞれ備えてなる複数のフローバッテリ電池と、
前記フローバッテリ電池と前記電解液を交換する溶液通路を有したマニホールドと、
熱交換流体通路を有した熱交換器であって、前記溶液通路の電解液と前記熱交換流体通路を通して案内された熱交換流体との間で熱を交換する熱交換器と、
を備え、
前記フローバッテリ電池、前記マニホールドおよび前記熱交換器は、フローバッテリスタックの第１の端部と第２の端部との間に配置されることを特徴とするフローバッテリスタック。
【請求項２】
前記熱交換器は、熱交換器プレートをさらに備え、前記熱交換流体通路は、前記熱交換器プレートと共に配置されることを特徴とする請求項１に記載のフローバッテリスタック。
【請求項３】
前記マニホールドは、マニホールドプレートをさらに備え、前記溶液通路は、前記マニホールドプレートと共に配置されることを特徴とする請求項２に記載のフローバッテリスタック。
【請求項４】
前記フローバッテリ電池、前記マニホールドおよび前記熱交換器は、第１のカバープレートと第２のカバープレートとの間で接続されることを特徴とする請求項３に記載のフローバッテリスタック。
【請求項５】
前記熱交換器および前記マニホールドは、前記第１のカバープレートと前記フローバッテリ電池との間に配置されることを特徴とする請求項４に記載のフローバッテリスタック。
【請求項６】
前記溶液通路は、前記フローバッテリ電池へと前記電解液を供給し、前記マニホールドは、前記フローバッテリ電池から前記電解液を受ける第２の溶液通路をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のフローバッテリスタック。
【請求項７】
前記フローバッテリ電池と前記電解液を交換する第２の溶液通路を有した第２のマニホールドプレートをさらに備え、前記第２のマニホールドプレートは、前記第２のカバープレートと前記フローバッテリ電池との間に配置されることを特徴とする請求項５に記載のフローバッテリスタック。
【請求項８】
第２の熱交換流体通路を有した第２の熱交換器プレートをさらに備え、前記第２の熱交換器プレートは、前記第２のカバープレートと前記フローバッテリ電池との間に前記第２のマニホールドプレートと共に配置されることを特徴とする請求項７に記載のフローバッテリスタック。
【請求項９】
前記熱交換器は、液体対空気熱交換器を備え、前記熱交換流体通路は、前記熱交換器プレートの双方の側部の間に前記熱交換器プレートを通して延びることを特徴とする請求項２に記載のフローバッテリスタック。
【請求項１０】
前記熱交換流体通路は、直線的な通路セグメントおよび湾曲した通路セグメントを備えることを特徴とする請求項１に記載のフローバッテリスタック。
【請求項１１】
前記熱交換流体通路は、第２の通路セグメントに接続された第１の通路セグメントを備え、前記第１の通路セグメントは、第１の方向に前記熱交換流体を案内し、前記第２の通路セグメントは、前記第１の方向とは実質的に反対の第２の方向に前記熱交換流体を案内することを特徴とする請求項１に記載のフローバッテリスタック。
【請求項１２】
前記熱交換器は、非導電性材料を備え、該非導電性材料は、プラスチックを有することを特徴とする請求項１に記載のフローバッテリスタック。
【請求項１３】
可逆レドックス結合反応物を有した電解液によって湿らされた電極層をそれぞれ備えてなる複数のフローバッテリ電池と、
前記フローバッテリ電池へと前記電解液を供給する第１の溶液通路と、前記フローバッテリ電池から前記電解液を受ける第２の溶液通路とを有したマニホールドと、
熱交換流体通路を有した熱交換器プレートを備えてなる熱交換器であって、前記第１の溶液通路および前記第２の溶液通路の電解液と前記熱交換流体通路を通して案内される熱交換流体との間で熱を交換する熱交換器と、
を備え、
前記マニホールドおよび前記熱交換器は、前記フローバッテリ電池とカバープレートとの間で接続されることを特徴とするフローバッテリスタック。
【請求項１４】
前記熱交換器は、前記カバープレートと前記マニホールドとの間に配置されることを特徴とする請求項１３に記載のフローバッテリスタック。
【請求項１５】
前記マニホールドは、第１のマニホールドプレートおよび第２のマニホールドプレートをさらに備え、前記第１の溶液通路は、前記第１のマニホールドプレートと共に配置され、前記第２の溶液通路は、前記第２のマニホールドプレートと共に配置されることを特徴とする請求項１３に記載のフローバッテリスタック。
【請求項１６】
前記熱交換流体通路は、曲がった熱交換流体通路を備えることを特徴とする請求項１３に記載のフローバッテリスタック。
【請求項１７】
前記熱交換器は、液体対空気熱交換器を備え、前記熱交換流体通路は、前記熱交換器プレートの双方の側部の間に前記熱交換器プレートを通して延びることを特徴とする請求項１３に記載のフローバッテリスタック。
【請求項１８】
可逆レドックス結合反応物を有した電解液によって湿らされた電極層をそれぞれ備えてなる複数のフローバッテリ電池と、
前記フローバッテリ電池へと前記電解液を供給する第１の溶液通路を有した第１のマニホールドと、
前記フローバッテリ電池から前記電解液を受ける第２の溶液通路を有した第２のマニホールドと、
熱交換流体通路を有した熱交換器プレートを備えてなる熱交換器であって、前記熱交換流体通路を通して案内される熱交換流体と前記第１の溶液通路および前記第２の溶液通路の一方の電解液との間で熱を交換する熱交換器と、
を備え、
前記フローバッテリ電池、前記第１のマニホールド、前記第２のマニホールドおよび前記熱交換器は、第１のカバープレートと第２のカバープレートとの間で接続されることを特徴とするフローバッテリスタック。
【請求項１９】
前記熱交換器は、前記第１のカバープレートと前記第１のマニホールドとの間および前記第２のカバープレートと前記第２のマニホールドとの間の一方に配置されることを特徴とする請求項１８に記載のフローバッテリスタック。
【請求項２０】
前記第１のマニホールドは、第１のマニホールドプレートをさらに備え、前記第１の溶液通路は、前記第１のマニホールドプレートと共に配置され、前記第２のマニホールドは、第２のマニホールドプレートをさらに備え、前記第２の溶液通路は、前記第２のマニホールドプレートと共に配置されることを特徴とする請求項１８に記載のフローバッテリスタック。
【請求項２１】
第２の熱交換流体通路を有した第２の熱交換器プレートをさらに備え、前記熱交換器プレートおよび前記第１のマニホールドプレートは、前記第１のカバープレートと前記フローバッテリ電池との間に配置され、前記第２の熱交換器プレートおよび前記第２のマニホールドプレートは、前記第２のカバープレートと前記フローバッテリ電池との間に配置されることを特徴とする請求項２０に記載のフローバッテリスタック。
【請求項２２】
前記熱交換流体通路は、曲がった熱交換流体通路を備えることを特徴とする請求項１８に記載のフローバッテリスタック。
【請求項２３】
前記熱交換器は、液体対空気熱交換器を備え、前記熱交換流体通路は、前記熱交換器プレートの双方の側部の間に前記熱交換器プレートを通して延びることを特徴とする請求項１８に記載のフローバッテリスタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、フローバッテリシステムに関し、特に、一体型熱交換器を有したフローバッテリスタックに関する。
【０００２】
なお、出願人は、米国特許出願第１３／１９４４８６号に関連する、２０１１年９月２１日に出願された米国特許出願第１３／２３８９２１号の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
一般のフローバッテリシステムが、フローバッテリスタック、アノード液リザーバおよびカソード液リザーバを備えている。アノード溶液は、アノード液リザーバとフローバッテリスタックとの間で循環される。カソード溶液は、カソード液リザーバとフローバッテリスタックとの間で循環される。
【０００４】
また、フローバッテリシステムは、アノード溶液および／またはカソード溶液の温度を調整する熱交換器を備えることができる。例えば、ラジエータが、周囲空気とアノード溶液および／またはカソード溶液との間で熱エネルギを交換するように、フローバッテリスタックとアノード液リザーバおよび／またはカソード液リザーバとの間に直列に接続され得る。しかし、アノード溶液および／またはカソード溶液は、ラジエータの一般の材料、例えば、鋼、真鍮およびアルミニウムのような金属を腐食させ得る。したがって、上記ラジエータは、一般に、耐腐食性材料から構成されているが、これにより、コストおよび非能率が増加し得る。代替的に、複数の加熱流体チューブが、複数のフローバッテリ電池に隣接してフローバッテリスタックに配置され得る。熱エネルギは、チューブを通して案内された加熱流体と、各電池に供給されたアノード溶液および／またはカソード溶液との間で交換される。しかし、上記加熱流体チューブは、フローバッテリスタックの複雑さ、大きさおよびコストを増加させ得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施例においては、フローバッテリスタックは、複数のフローバッテリ電池、マニホールドおよび熱交換器を備えている。フローバッテリ電池の各々は、可逆レドックス結合反応物を有した電解液によって湿らされた電極層を備えている。マニホールドは、フローバッテリ電池と電解液を交換する溶液通路を備えている。熱交換器は、熱交換流体通路を備えている。熱交換器は、溶液通路の電解液と熱交換流体通路を通して案内された熱交換流体との間で熱を交換する。フローバッテリ電池、マニホールドおよび熱交換器は、フローバッテリスタックの第１の端部と第２の端部との間に配置される。
【０００６】
本発明の他の実施例においては、フローバッテリスタックは、複数のフローバッテリ電池、マニホールドおよび熱交換器を備えている。フローバッテリ電池の各々は、可逆レドックス結合反応物を有した電解液によって湿らされた電極層を備えている。マニホールドは、フローバッテリ電池へと電解液を供給する第１の溶液通路と、フローバッテリ電池から電解液を受ける第２の溶液通路とを備えている。熱交換器は、熱交換流体通路を有した熱交換器プレートを備えている。熱交換器は、第１の溶液通路および第２の溶液通路の電解液と熱交換流体通路を通して案内される熱交換流体との間で熱を交換する。マニホールドおよび熱交換器は、フローバッテリ電池とカバープレートとの間で接続される。
【０００７】
本発明の別の実施例においては、フローバッテリスタックは、複数のフローバッテリ電池、第１のマニホールド、第２のマニホールドおよび熱交換器を備えている。フローバッテリ電池の各々は、可逆レドックス結合反応物を有した電解液によって湿らされた電極層を備えている。第１のマニホールドは、フローバッテリ電池へと電解液を供給する第１の溶液通路を備えている。第２のマニホールドは、フローバッテリ電池から電解液を受ける第２の溶液通路を備えている。熱交換器は、熱交換流体通路を有した熱交換器プレートを備えている。熱交換器は、熱交換流体通路を通して案内される熱交換流体と第１の溶液通路および第２の溶液通路の一方の電解液との間で熱を交換する。フローバッテリ電池、第１のマニホールド、第２のマニホールドおよび熱交換器は、第１のカバープレートと第２のカバープレートとの間で接続される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】フローバッテリスタックの組立分解図である。
【図２】熱交換器プレートの第１のプレート面を示した図である。
【図３】バイポーラプレートによって分離された複数のフローバッテリ電池を示した図である。
【図４】代替的な実施例のフローバッテリスタックの組立分解図である。
【図５】代替的な実施例の熱交換器プレートの第１のプレート面を示した図である。
【図６】代替的な実施例のフローバッテリスタックの組立分解図である。
【図７】代替的な実施例の熱交換器プレートの第１のプレート面を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１には、フローバッテリスタック１０が示されている。フローバッテリスタック１０は、第１の端部１２と第２の端部１４との間で長手方向に延びる。フローバッテリスタック１０は、第１の側部１６と第２の側部１８との間で横方向に延びる。フローバッテリスタック１０は、第３の側部２０（例えば、頂部側）と第４の側部２２（例えば、底部側）との間で垂直方向に延びる。フローバッテリスタック１０は、第１のカバープレート２４、第２のカバープレート２６、第１の熱交換器２８、第２の熱交換器３０、第１のマニホールド３２、第２のマニホールド３４、第１のフレームプレート３６、第２のフレームプレート３８、第１の電流コレクタ４０、第２の電流コレクタ４２およびフローバッテリ電池スタック４４を備えている。
【００１０】
第１のカバープレート２４は、第１の溶液入口４６、第２の溶液入口４８、熱交換流体入口５０および熱交換流体出口５２を備えている。第１の溶液入口４６および第２の溶液入口４８は、第１の側部１６および第４の側部２２に隣接した角部に隣接させて配置されており、第１のカバープレート２４を通して長手方向に延びる。流体入口５０および流体出口５２は、第１の側部１６および第３の側部２０に隣接した角部に隣接させて配置されており、第１のカバープレート２４を通して長手方向に延びる。
【００１１】
第２のカバープレート２６は、第１の溶液出口５４、第２の溶液出口５６、熱交換流体入口５８および熱交換流体出口６０を備えている。第１の溶液出口５４および第２の溶液出口５６は、第１の側部１６および第３の側部２０に隣接した角部に隣接させて配置されており、第２のカバープレート２６を通して長手方向に延びる。流体入口５８および流体出口６０は、第１の側部１６および第４の側部２２に隣接した角部に隣接させて配置されており、第２のカバープレート２６を通して長手方向に延びる。
【００１２】
第１の熱交換器２８および第２の熱交換器３０は、熱交換器プレート６２をそれぞれ備えている。図２には、熱交換器プレート６２の第１のプレート面が示されている。熱交換器プレート６２は、１つまたは複数の熱交換流体通路６４、第１の熱交換流体窪み部６６、第２の熱交換流体窪み部６８、第１の溶液流開口部７０および第２の溶液流開口部７２を備えている。流体通路６４は、第１のプレート面に配置されており、第１の窪み部６６から第２の窪み部６８へと延びる。第１の溶液流開口部７０および第２の溶液流開口部７２は、熱交換器プレート６２を通して長手方向に延びる。
【００１３】
流体通路６４は、該流体通路６４の熱交換面積を増加させるように、平行でかつ曲がった（例えば、蛇行した）構成で配置され得る。流体通路６４の各々は、例えば、複数の通路セグメントを備えることができ、これらの通路セグメントは、流体通路の熱交換面積を増加（最大化）するために、各流体通路に比較的長い長さを提供するように、（例えば、端と端とが接して）接続される。
【００１４】
通路セグメントは、直線的な、弓形の、曲がった、湾曲した、螺旋形の、および／または捻られた外径を有するように構成され得る。例えば、図２に示した実施例では、通路セグメントは、複数の向流通路セグメント７４、複数の実質的に直線的な通路セグメント７６，７８，８０および複数の湾曲した通路セグメント８２を備えている。向流通路セグメント７４の各々は、第１の通路セグメント８４および第２の通路セグメント８６を備えている。第１の通路セグメント８４は、溶液が第１の方向に第１の通路セグメント８４を通流し、かつ第１の方向とは実質的に反対の第２の方向に第２の通路セグメント８６を通流するように、第２の通路セグメント８６に接続される。直線的な通路セグメントは、複数の横方向に延びる通路セグメント７６，７８と、垂直方向に延びる通路セグメント８０とを備えている。
【００１５】
図１を再び参照すると、第１のマニホールド３２は、第１の入口マニホールドプレート８８および第２の入口マニホールドプレート９０を備えている。第２のマニホールド３４は、第１の出口マニホールドプレート９２および第２の出口マニホールドプレート９４を備えている。第１のマニホールドプレート８８および第１のマニホールドプレート９２の各々は、１つまたは複数の第１の溶液通路９６，９８をそれぞれ備えている。第２のマニホールドプレート９０および第２のマニホールドプレート９４の各々は、１つまたは複数の第２の溶液通路１００，１０２をそれぞれ備えている。各マニホールドプレートの溶液通路は、平行でかつ曲がった（例えば、蛇行した）構成で配置されることができ、この構成により、例えば、フローバッテリスタック１０内の分流による損失が減少する。また、１つまたは複数の溶液通路は、複数の流れ領域を備えて構成され得る。上記溶液通路の構成の例が、全体として本願の参照となる米国特許出願第１３／１９４４８６号に開示されている。
【００１６】
第１のフレームプレート３６は、１つまたは複数の第１の溶液流開口部１０４、１つまたは複数の第２の溶液流開口部１０６および中央開口部１０８を備えている。第１の溶液流開口部１０４および第２の溶液流開口部１０６は、第４の側部２２に隣接して配置されることができ、第１のフレームプレート３６を通して長手方向に延びる。中央開口部１０８は、第１のフレームプレート３６を通して長手方向に延びる。
【００１７】
第２のフレームプレート３８は、１つまたは複数の第１の溶液流開口部１１０、１つまたは複数の第２の溶液流開口部１１２および中央開口部１１４を備えている。第１の溶液流開口部１１０および第２の溶液流開口部１１２は、第３の側部２０に隣接して配置されることができ、第２のフレームプレート３８を貫通して長手方向に延びる。中央開口部１１４は、第２のフレームプレート３８を貫通して長手方向に延びる。
【００１８】
フローバッテリ電池スタック４４は、１つまたは複数のフローバッテリ電池サブスタック１１６を備えることができる。フローバッテリ電池サブスタック１１６の各々は、サブスタックフレーム１１８および複数のフローバッテリ電池１２０を備えることができる。
【００１９】
サブスタックフレーム１１８は、１つまたは複数の第１の入口開口部１２２、１つまたは複数の第２の入口開口部１２４、１つまたは複数の第１の出口開口部１２６および１つまたは複数の第２の出口開口部１２８を備えている。
【００２０】
図３には、バイポーラプレート１３０によって分離された複数のフローバッテリ電池１２０が示されている。フローバッテリ電池１２０の各々は、第１の電極層１３４と第２の電極層１３６との間に配置されたセパレータ１３２を備えている。セパレータ１３２は、イオン交換膜とされ得る。第１の電極層１３４および第２の電極層１３６は、液体浸透性電極層とされ得る。バイポーラプレート、セパレータおよび電極層の例が、本発明のフローバッテリスタックの出願人に譲渡された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ０９／６８６８１号、米国特許出願第１３／０８４，１５６号および米国特許出願第１３／０２３，１０１号に開示されており、これらは、それぞれ、全体として本願の参照となる。
【００２１】
図１および図３を参照すると、第１の電極層１３４は、第１の入口開口部１２２と第１の出口開口部１２６との間に延びる流路と連通するように配置される。第２の電極層１３６は、第２の入口開口部１２４と第２の出口開口部１２８との間に延びる流路と連通するように配置される。
【００２２】
図１を参照すると、組み立てられたフローバッテリスタック構成において、フローバッテリ電池サブスタック１１６は、フローバッテリ電池スタック４４を形成するように互いに合わされる。第１の電流コレクタ４０は、中央開口部１０８に位置決めされており、フローバッテリ電池スタック４４に電気的に接続される。第２の電流コレクタ４２は、中央開口部１１４に位置決めされており、フローバッテリ電池スタック４４に電気的に接続される。
【００２３】
第１のフレームプレート３６は、第１の溶液流開口部１０４が第１の入口開口部１２２に接続され、かつ第２の溶液流開口部１０６が第２の入口開口部１２４に接続されるように、フローバッテリ電池スタック４４と合わされる。第２のフレームプレート３８は、第１の溶液流開口部１１０が第１の出口開口部１２６に接続され、かつ第２の溶液流開口部１１２が第２の出口開口部１２８に接続されるように、フローバッテリ電池スタック４４と合わされる。
【００２４】
第１の入口マニホールドプレート８８は、第２の入口マニホールドプレート９０と合わされており、これにより、第１のマニホールド３２が形成される。第１のマニホールド３２は、第１の溶液通路９６が第１の溶液流開口部１０４に接続され、かつ第２の溶液通路１００が第２の溶液流開口部１０６に接続されるように、第１のフレームプレート３６と合わされる。
【００２５】
第１の出口マニホールドプレート９２は、第２の出口マニホールドプレート９４と合わされ、これにより、第２のマニホールド３４が形成される。第２のマニホールド３４は、第１の溶液通路９８が第１の溶液流開口部１１０に接続され、かつ第２の溶液通路１０２が第２の溶液流開口部１１２に接続されるように、第２のフレームプレート３８と合わされる。
【００２６】
第１の熱交換器２８は、第１の溶液流開口部７０が第１の溶液通路９６に接続され、かつ第２の溶液流開口部７２が第２の溶液通路１００に接続されるように、第１のマニホールド３２と合わされる。第２の熱交換器３０は、第１の溶液流開口部７０が第１の溶液通路９８に接続され、かつ第２の溶液流開口部７２が第２の溶液通路１０２に接続されるように、第２のマニホールド３４と合わされる。
【００２７】
第１のカバープレート２４は、第１の溶液入口４６が第１の溶液流開口部７０に接続され、かつ第２の溶液入口４８が第２の溶液流開口部７２に接続され、かつ流体入口５０が第１の窪み部６６に接続され、かつ流体出口５２が第２の窪み部６８に接続されるように、第１の熱交換器２８と合わされる。第２のカバープレート２６は、第１の溶液出口５４が第１の溶液流開口部７０に接続され、かつ第２の溶液出口５６が第２の溶液流開口部７２に接続され、かつ流体入口５８が第１の窪み部６６に接続され（図２を参照）、かつ流体出口６０が第２の窪み部６８に接続される（図２を参照）ように、第２の熱交換器３０と合わされる。
【００２８】
動作時には、第１の熱交換流体（例えば、不凍液）と、第２の熱交換流体（例えば、不凍液）と、第１の可逆還元酸化（「レドックス」）結合反応物（例えば、Ｖ2+イオンおよび／またはＶ3+イオン）を有した第１の電解液（例えば、バナジウムアノード液）と、第２の可逆レドックス結合反応物（例えば、Ｖ4+イオンおよび／またはＶ5+イオン）を有した第２の電解液（例えば、バナジウムカソード液）とが、フローバッテリスタック１０を通して循環する。第１の熱交換流体および第２の熱交換流体は、同じ流体とされ得るものであり、この流体では、例えば、共通の冷媒ループ（図示せず）が第１の熱交換器２８および第２の熱交換器３０の双方に接続される。
【００２９】
第１の熱交換流体は、流体入口５０から流体通路６４を通して流体出口５２へと流れる。第２の熱交換流体は、流体入口５８から流体通路６４を通して流体出口６０へと流れる。
【００３０】
第１の電解液は、第１の溶液入口４６および第１の溶液流開口部７０を通して第１の入口通路９６へと流れる。第１の入口通路９６は、第１のフレームプレート３６を通してフローバッテリ電池１２０へと第１の電解液を案内する。第１の電解液は、第１の電極層１３４（図３を参照）を湿らせ（例えば、第１の電極層１３４の外側面へと浸透し、および／またはこの外側面に接触し）、そして、第２のフレームプレート３８を通して第１の出口通路９８へと流れる。第１の出口通路９８は、第１の溶液流開口部７０および第１の溶液出口５４を通してフローバッテリスタック１０外に第１の電解液を案内する。
【００３１】
第２の電解液は、第２の溶液入口４８および第２の溶液流開口部７２を通して第２の溶液通路１００へと流れる。第２の溶液通路１００は、第１のフレームプレート３６を通してフローバッテリ電池１２０へと第２の電解液を案内する。第２の電解液は、第２の電極層１３６（図３を参照）を湿らせ（例えば、第２の電極層１３６の外側面へと浸透し、および／またはこの外側面に接触し）、そして、第２のフレームプレート３８を通して第２の溶液通路１０２へと流れる。第２の溶液通路１０２は、第２の溶液流開口部７２および第２の溶液出口５６を通してフローバッテリスタック１０外に第２の電解液を案内する。
【００３２】
電解液と第１の熱交換流体および／または第２の熱交換流体との間の熱エネルギを交換することによって、第１の電解液および／または第２の電解液の温度が、減少され、増加され、および／または維持され得る。第１の電解液および第２の電解液の温度は、例えば熱エネルギが電解液から熱交換器２８を通して第１の熱交換流体へと流れるフローバッテリ電池１２０の上流側において減少し得る。また、第１の電解液および第２の電解液の温度は、例えば、熱エネルギが電解液から熱交換器３０を通して第１の熱交換流体へと流れるフローバッテリ電池１２０の下流側において減少し得る。
【００３３】
ある実施例では、フローバッテリスタックは、単一の熱交換器を備えることができる。フローバッテリスタックは、例えば、フローバッテリ電池１２０内の電解液の温度を調整する第１の熱交換器２８を備えることができる。代替的に、熱交換器は、例えば、フローバッテリスタック１０を出る電解液の温度を調整する第２の熱交換器３０を備えることができる。
【００３４】
ある実施例では、第１の通路および第２の通路が、マニホールドプレートの両側に配置され得る。
【００３５】
ある実施例では、熱交換器プレート６２、マニホールドプレート８８，９０，９２，９４、サブスタックフレーム１１８および／またはフレームプレート３６，３８は、非導電性材料（つまり、絶縁体）、例えば、プラスチックまたはプラスチック複合材料（例えば、繊維強化プラスチック）から構成される。材料は、上述した構成要素の複雑な形状へと成形するのに比較的簡単であるように選択され得る。また、材料は、フローバッテリスタックシステム１０の最高動作温度のような所定の閾値よりも高いガラス転移温度、例えば、バナジウムレドックスバッテリのための摂氏約６０℃よりも高いガラス転移温度を有するように選択され得る。適切な材料の例が、熱可塑性プラスチック、熱硬化性プラスチックまたは半晶質プラスチック（例えば、ＨＤＰＥ、ＰＥＥＫ）を含む。
【００３６】
ある実施例では、バイポーラプレート１３０の少なくとも一部（例えば、隣接したフローバッテリ電池のプレート接触活性領域の一部）が、耐腐食性かつ導電性の材料から構成される。適切な材料の例が、カーボン（例えば、グラファイト等）または耐腐食性コーティングを有した金属を備えている。
【００３７】
ある実施例では、第１の電流コレクタ４０および第２の電流コレクタ４２は、比較的高い導電性と、電池スタック４４内の隣接した構成要素（例えば、バイポーラプレート）との比較的低い接触抵抗とを有した材料から構成され得る。第１の電流コレクタ４０および第２の電流コレクタ４２は、例えば、金めっきが施された銅プレートとして構成され得る。
【００３８】
図４には、代替的なフローバッテリスタック１３８が示されている。図１に示したフローバッテリスタック１０とは対照的に、フローバッテリスタック１３８は、デュアルフローマニホールド１４０、熱交換器１４２およびカバープレート１４３を備えている。マニホールド１４０は、フローバッテリ電池１２０を通して第１の電解液および第２の電解液を循環する、つまり、フローバッテリ電池１２０へと電解液を供給するとともに、フローバッテリ電池１２０から電解液を受けるように構成される。マニホールド１４０は、第１のマニホールドプレート１４４および第２のマニホールドプレート１４６を備えている。マニホールドプレート１４４，１４６の各々は、１つまたは複数の第１の溶液通路１４８，１５０および１つまたは複数の第２の溶液通路１５２，１５４をそれぞれ備えている。
【００３９】
熱交換器１４２は、熱交換器プレート１５６を備えている。図５を参照すると、熱交換器プレート１５６が、マニホールド１４０を通して戻りの電解液流を収容する付加的な第１の溶液流開口部１５８および第２の溶液流開口部１６０をさらに備えているという主な相違を除いて、熱交換器プレート１５６は、熱交換器プレート６２と実質的に同じである。
【００４０】
図６には、代替的なフローバッテリスタック１６２が示されている。図１に示したフローバッテリスタック１０とは対照的に、フローバッテリスタック１６２は、第１の熱交換器１６４および第２の熱交換器１６６を備えている。熱交換器１６４，１６６の各々は、液体対空気熱交換器として構成されており、熱交換器プレート１６８を備えている。
【００４１】
図７には、熱交換器プレート１６８の第１の側部が示されている。熱交換器プレート１６８は、１つまたは複数の熱交換流体通路１７０，１７２、熱交換流体窪み部１７４、第１の溶液流導管１７６および第２の溶液流導管１７８を備えている。流体通路１７０は、熱交換器プレート１６８の第１の側部に平行に配置されており、第１の側部１６と第２の側部１８（図６を参照）との間に延びる。流体通路１７２は、熱交換器プレート１６８の第１の側部に平行に配置されており、流体窪み部１７４に接続される。流体通路１７２および流体窪み部１７４は、共に、組み合わされた熱交換流体通路１８０を形成し、該熱交換流体通路１８０は、第１の側部１６と第２の側部１８（図６を参照）との間に延びる。第１の溶液流導管１７６および第２の溶液流導管１７８は、流体窪み部１７４を通して軸方向に延びる。
【００４２】
動作時には、第１の電解液および第２の電解液は、第１の流導管１７６および第２の流導管１７８の各々によって熱交換器プレート１６８を通してそれぞれ案内される。流体通路１７０および流体通路１８０（つまり、流体通路１７２および流体窪み部１７４）は、上述したように第１の電解液および／または第２の電解液と熱エネルギを交換するために、熱交換器プレート１６８を通して熱交換流体（例えば、周囲空気）を案内する。
【００４３】
本発明のフローバッテリスタックの種々の実施例を開示してきたが、さらに多くの実施例および実行が可能であることが当業者に明らかになるであろう。したがって、本発明のフローバッテリスタックは、添付の特許請求の範囲およびこの同等物に照らすこと以外に限定されるべきではない。
【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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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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