(57)【要約】【課題】電解液の漏洩を早期に検知できるレドックスフロー電池(RF電池)、RF電池システム、この電池の構成部材に適したRF電池用フレーム、RF電池用セルスタックを提供する。【解決手段】RF電池は、正極電極と負極電極との間に隔膜が介在されたセルと、双極板121を有するフレーム1Aとが交互に積層されてなるセルスタック10Aと、セルスタック10Aから漏洩した電解液を検知する漏洩センサ20とを具える。フレーム1Aは、シール部材127よりも外周に設けられ、シール部材127を越えて漏れ出た電解液を溜める液溜め溝2と、液溜め溝2に連続して設けられ、液溜め溝2の電解液を集約してフレーム1Aの外部に排出する排出溝3とを具える。シール部材127を越えて漏れ出た電解液を液溜め溝2に一旦集め、かつ排出溝3により一括して排出できるため、このRF電池は、漏洩センサ20により早期に漏れを検知できる。【選択図】図3
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
双極板の外周に設けられて、前記双極板に配置された電極への電解液の供給と前記電極からの電解液の排出とを行うレドックスフロー電池用フレームであって、
このフレームの少なくとも一面に、
前記電解液を主として前記電極内に封止するためのシール機構と、
前記シール機構よりも外周に設けられ、前記シール機構を越えて漏れ出た電解液を溜める液溜め溝と、
前記液溜め溝に連続して設けられ、前記液溜め溝の電解液を集約して前記フレームの外部に排出するときの流路となる排液部とを具えることを特徴とするレドックスフロー電池用フレーム。
【請求項２】
前記排液部は、前記液溜め溝から前記フレームの外周縁に連続する排出溝を具え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用フレーム。
【請求項３】
前記排液部は、前記フレームの表裏を貫通する排出孔を具えることを特徴とする請求項1又は2に記載のレドックスフロー電池用フレーム。
【請求項４】
正極電極と負極電極と間に隔膜が介在されたセルと、双極板を有するフレームとが交互に積層されてなるレドックスフロー電池用セルスタックであって、
前記各フレームは、請求項1〜3のいずれか1項に記載のレドックスフロー電池用フレームであることを特徴とするレドックスフロー電池用セルスタック。
【請求項５】
前記各フレームは、前記液溜め溝と、前記液溜め溝から前記フレームの外周縁に連続する排出溝とを具え、
前記各フレームに具える前記排出溝は、複数の前記フレームが積層された状態において一直線状に並ぶ位置に設けられ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用セルスタック。
【請求項６】
前記各フレームは、前記液溜め溝と、前記液溜め溝から前記フレームの外周縁に連続する排出溝とを具え、
前記各フレームに具える前記排出溝は、前記セルスタックを設置した状態において、当該セルスタックの下方側に開口していることを特徴とする請求項4又は5に記載のレドックスフロー電池用セルスタック。
【請求項７】
前記各フレームは、前記液溜め溝と、前記液溜め溝に連続して設けられ、これら各フレームの表裏を貫通する排出孔とを具え、
前記セルスタックは、複数の前記排出孔が連続して構成された排出路を具え、前記排出路の少なくとも一方の開口部が当該排出路に溜められた電解液の排出に利用され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用セルスタック。
【請求項８】
前記各フレームは、前記液溜め溝と、前記液溜め溝に連続して設けられ、これら各フレームの表裏を貫通する排出孔とを具え、
前記セルスタックは、複数の前記排出孔が連続して構成された排出路を具え、
前記排出路の両端が閉じられており、
複数の前記フレームのうち、少なくとも一つのフレームは、前記排出路から当該フレームの外周縁に連続し、前記排出路に溜められた電解液を排出する排出溝を具え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用セルスタック。
【請求項９】
正極電極と負極電極との間に隔膜が介在されたセルと、双極板を有するフレームとが交互に積層されてなるセルスタックと、前記セルスタックに具える前記各極の電極に供給する各極電解液を貯留する各極タンクと、前記セルスタックと前記各極タンクとの間で前記各極電解液を移送する流通路とを具えるレドックスフロー電池であって、
前記セルスタックは、請求項4〜8のいずれか1項に記載のレドックスフロー電池用セルスタックであり、
前記液溜め溝に集められた電解液を検知する漏洩センサを具えることを特徴とするレドックスフロー電池。
【請求項１０】
正極電極と負極電極との間に隔膜が介在されたセルと、双極板を有するフレームとが交互に積層されてなるセルスタックと、前記セルスタックに具える前記各極の電極に供給する各極電解液を貯留する各極タンクと、前記セルスタックと前記各極タンクとの間で前記各極電解液を移送する流通路とを具えるレドックスフロー電池であって、
前記セルスタックは、請求項6に記載のレドックスフロー電池用セルスタックであり、
前記排出溝の開口部の下方に配置され、当該排出溝からの電解液を受ける液受け樋と、
前記液受け樋に集められた電解液を検知する漏洩センサとを具えることを特徴とするレドックスフロー電池。
【請求項１１】
前記液受け樋は、一方から他方に向かって傾斜した傾斜部を具え、この傾斜部の最下部に、前記漏洩センサを具えることを特徴とする請求項10に記載のレドックスフロー電池。
【請求項１２】
正極電極と負極電極との間に隔膜が介在されたセルと、双極板を有するフレームとが交互に積層されてなるセルスタックと、前記セルスタックに具える前記各極の電極に供給する各極電解液を貯留する各極タンクと、前記セルスタックと前記各極タンクとの間で前記各極電解液を移送する流通路とを具えるレドックスフロー電池であって、
前記セルスタックは、請求項7又は8に記載のレドックスフロー電池用セルスタックであり、
前記セルスタックに具える前記排出路内に収納されて、当該排出路内の電解液を検知する漏洩センサを具え、この漏洩センサが紐状センサであることを特徴とするレドックスフロー電池。
【請求項１３】
請求項9〜12のいずれか1項に記載のレドックスフロー電池と、
前記漏洩センサからの情報に基づき前記各極タンクから前記セルスタックへの電解液の供給状態を制御する制御部とを具えることを特徴とするレドックスフロー電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レドックスフロー電池(以下、RF電池と呼ぶことがある)、このRF電池の構成部材に適したセルスタック、フレーム、このRF電池を具えるシステムに関するものである。特に、電解液の漏洩を早期に検知可能なレドックスフロー電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電、風力発電といった新エネルギーに対して、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、負荷平準化などを図ることが期待される。
【０００３】
大容量の蓄電池の一つにRF電池がある(特許文献1参照)。RF電池100は、図7に示す構成が代表的であり、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、両セル102,103間に介在されて両セル102,103を分離すると共にイオンを透過する隔膜101とを具えるセルを具える。更に、RF電池100は、各極セル102,103で電池反応に利用される各極電解液を貯留する各極タンク106,107と、各極セル102,103と各極タンク106,107との間で電解液を移送する流通路となる導管108〜111とを具える。各極電解液は、導管108,109に設置されたポンプ112,113を利用して、各極セル102,103に循環供給される。上記電解液には、酸化還元により価数が変化する金属イオン、例えば、バナジウムイオンを含有する水溶液が利用される。なお、図7のセル内の実線矢印は、充電、破線矢印は、放電を意味する。
【０００４】
RF電池100は、代表的には、上記セルを複数積層させたセルスタックと呼ばれる形態が利用される。セルスタック200には、図8に示すように、各極電極104,105が表裏に配置される双極板121の外周に形成されるフレーム122が利用される。セルスタック200は、双極板121を有するフレーム122、正極電極104、隔膜101、負極電極105、双極板121を有するフレーム122、…と順に繰り返し積層され、代表的には、この積層体の両側を一対のエンドプレート210で挟み、長ボルトなどの締付部材220によりエンドプレート210を締め付けることで構成される。
【０００５】
上記フレーム122は、その表裏を貫通する各極電解液の給液孔123,124及び排液孔125,126と、その一面に設けられ、給液孔123、排液孔125に連続する液導入溝、液排出溝と、その他面に設けられ、給液孔124、排液孔126に連続する液導入溝、液排出溝とを具える。上記液導入溝・液排出溝を利用して、双極板121の一面に配置された正極電極104に正極電解液が供給・排出され、他面に配置された負極電極105に負極電解液が供給・排出される。複数のフレーム122を積層することで、給液孔123(124)及び排液孔125(126)は各極電解液の流路を構成し、この流路は導管108〜111に適宜接続される。
【０００６】
セルスタック200を構成する上記各部材の隙間から電解液の漏洩を防止するために、積層したフレーム122間にOリングなどのシール部材127を配置したシール機構が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2002-367659号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
セルスタックの外部に電解液が漏洩した場合に、できるだけ早期に検知可能な構成が望まれる。
【０００９】
上述のようにシール機構を具えることで、RF電池は、電解液の漏洩を防止している。しかし、RF電池の構成部材が経年劣化により変形・損傷したり、締め付け状態に緩みが生じたりするなどして、セルスタックの任意の箇所から電解液が外部に漏れ出る恐れがある。そこで、セルスタックの任意の箇所から漏れ出る可能性がある電解液を確実に受け取れるように、設置状態においてセルスタックの下方に、セルスタックの下方領域全体を十分に受けられる大きさのドレインパンを配置し、ドレインパン内に浮き子式センサや導電率センサといった漏洩センサを配置することが行われている。
【００１０】
RF電池に利用される電解液は、硫酸溶液などの劇物であることから、大量に漏洩すると、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、導電性を有することから、地絡したり、セル間やRF電池と周辺設備との間で短絡したりする恐れがある。従って、万が一、漏洩した場合には、早期に検知することが望まれる。しかし、上述したドレインパン内に漏洩センサを配置した構成では、貯留量が一定以上無かったり、電解液が確実に接触する位置に漏洩センサを配置してなかったりすると、漏洩センサが動作しないことがあり、漏洩の早期検知が困難なことがある。例えば、ドレインパンに傾斜を設けて、その局所に電解液を集中的に貯留して漏洩センサを動作し易くする(検知までの時間を短縮する)ことが考えられる。しかし、時間が経つと、ドレインパン内の電解液が乾燥するなどして粘度が上がり、電解液が漏洩センサに到達するまでの時間が長くなって、早期検知が難しくなる恐れがある。
【００１１】
そこで、本発明の目的の一つは、電解液の漏洩を早期に検知可能なRF電池、及びRF電池システムを提供することにある。また、本発明の他の目的は、電解液の漏洩の早期検知に寄与することができるRF電池用フレーム、及びRF電池用セルスタックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、シール機構を越えて漏れ出た電解液をフレーム内に一旦集める領域を具えると共に、この領域内の電解液を集約してフレームの外部に排出可能な構成とすることで、上記目的を達成する。
【００１３】
本発明レドックスフロー電池用フレームは、双極板の外周に設けられて、上記双極板に配置された電極への電解液の供給と上記電極からの電解液の排出とを行うものである。このフレームの少なくとも一面に、上記電解液を主として上記電極内に封止するためのシール機構と、上記シール機構よりも外周に設けられ、上記シール機構を越えて漏れ出た電解液を溜める液溜め溝と、上記液溜め溝に連続して設けられ、上記液溜め溝の電解液を集約して上記フレームの外部に排出するときの流路となる排液部とを具える。
【００１４】
本発明レドックスフロー電池用セルスタックは、正極電極と負極電極と間に隔膜が介在されたセルと、双極板を有するフレームとが交互に積層されて構成されたものである。そして、上記各フレームが、上記液溜め溝及び排液部を具える本発明フレームである。
【００１５】
本発明レドックスフロー電池は、正極電極と負極電極との間に隔膜が介在されたセルと、双極板を有するフレームとが交互に積層されてなるセルスタックと、上記セルスタックに具える上記各極の電極に供給する各極電解液を貯留する各極タンクと、上記セルスタックと上記各極タンクとの間で前記各極電解液を移送する流通路とを具える。そして、上記セルスタックが、上記本発明フレームを具える上記本発明レドックスフロー電池用セルスタックである。また、このRF電池は、上記液溜め溝に集められた電解液を検知する漏洩センサを具える。
【００１６】
本発明レドックスフロー電池システムは、上記本発明レドックスフロー電池と、上記RF電池に具える上記漏洩センサからの情報に基づき上記各極タンクから上記セルスタックへの電解液の供給状態を制御する制御部とを具える。
【００１７】
上記液溜め溝と排液部とを具える本発明フレームや本発明セルスタックを具える本発明RF電池やRF電池システムによれば、セルスタックの外部に電解液が漏れ出る前に、シール機構の内側よりも内圧が小さい液溜め溝に電解液が自動的に導入される。即ち、本発明によれば、シール機構の任意の位置からセルスタックの外部に漏れ出ようとする電解液を、シール機構の外周に設けられた液溜め溝に確実に集められ、フレーム内に留めることができる。そして、液溜め溝に集められた電解液は、液溜め溝を流路として上記排液部に集約され、セルスタックの外部に排出させられる。即ち、本発明によれば、シール機構の異なる複数の位置から電解液が漏れ出たとしても、最終的に同じ箇所(排液部)に電解液を集約させて、電解液の排出箇所を特定することができる。この構成により、本発明RF電池やRF電池システムは、セルスタックの任意の位置から電解液が漏洩することを効果的に防止できる上に、漏洩する電解液の排出箇所が予め決められていることから、漏洩センサを適切な箇所(代表的には排液部近傍)に配置することで、漏洩を早期に検知できる。また、シール機構から漏れ出た電解液をある程度纏めてセルスタックの外部に排出できることから、漏洩センサが検知し易く(短時間で検知することができ)、このことからも本発明RF電池やRF電池システムは、電解液の漏洩を早期に検知できる。
【００１８】
本発明フレームの一形態として、上記排液部は、上記液溜め溝から上記フレームの外周縁に連続する排出溝を具える形態が挙げられる。
【００１９】
上記形態によれば、液溜め溝から分岐された排出溝から、液溜め溝に集められた電解液を容易に排出できる。
【００２０】
本発明フレームの一形態として、上記排液部は、上記フレームの表裏を貫通する排出孔を具える形態が挙げられる。
【００２１】
上記形態によれば、液溜め溝に集められた電解液を排出孔から容易に排出できる。なお、排出孔が液溜め溝に連続して設けられるとは、当該液溜め溝と排出孔とが重複する部分を有することを言う。
【００２２】
本発明セルスタックの一形態として、上記各フレームが上記液溜め溝と、上記液溜め溝から上記フレームの外周縁に連続する排出溝とを具え、上記各フレームに具える上記排出溝が複数の上記フレームが積層された状態において一直線状に並ぶ位置に設けられた形態が挙げられる。
【００２３】
上記排出溝は、液溜め溝に対して任意の位置に設けることができる。しかし、セルスタックを構成する複数のフレームの中に、排出溝の形成位置が異なるフレームが含まれる場合、電解液の排出箇所がランダムに存在するため、各箇所に漏洩センサを配置する必要があったり、セルスタックの外部に排出した電解液を集め難くなったりする。これに対し、上記形態によれば、電解液の排出箇所が一直線状に並ぶため、当該排出箇所に沿って容易に漏洩センサを配置できる上に、セルスタックの外部に排出した電解液を集め易い。
【００２４】
本発明セルスタックの一形態として、各フレームが上記液溜め溝と、上記液溜め溝から上記フレームの外周縁に連続する排出溝とを具え、上記各フレームに具える上記排出溝は、上記セルスタックを設置した状態において、当該セルスタックの下方側に開口した形態が挙げられる。
【００２５】
上記形態によれば、電解液の自重により、液溜め溝の電解液が排出溝に確実に到達できる上に、排出溝から電解液を自動的に排出することができる。
【００２６】
本発明セルスタックの一形態として、上記各フレームが上記液溜め溝と、上記液溜め溝に連続して設けられ、これら各フレームの表裏を貫通する排出孔とを具え、上記セルスタックが、複数の上記排出孔が連続して構成された排出路を具え、上記排出路の少なくとも一方の開口部が当該排出路に溜められた電解液の排出に利用される形態が挙げられる。
【００２７】
上記形態によれば、セルスタックを構成する各フレームが排出孔を具えることで、複数の排出孔が連続して構成された排出路に、液溜め溝からの電解液を効率よく集められる。そして、排出路に集められた電解液を排出路の一端の開口部、或いは両端の開口部から容易に排出できる。従って、この形態によれば、セルスタックを設置した状態において、その下方側に漏洩センサの設置スペースが確保できない場合でも、電解液の漏洩を検知することができる。
【００２８】
本発明セルスタックの一形態として、上記各フレームが上記液溜め溝と、上記液溜め溝に連続して設けられ、これら各フレームの表裏を貫通する排出孔とを具え、上記セルスタックが、複数の上記排出孔が連続して構成された排出路を具え、上記排出路の両端が閉じられた形態が挙げられる。この形態では、複数の上記フレームのうち、少なくとも一つのフレームは、上記排出路から当該フレームの外周縁に連続し、上記排出路に溜められた電解液を排出する排出溝を具える。
【００２９】
上記排出路を具える形態では、上述のように排出路の端部の開口部から電解液を排出する形態の他、上記形態のように、少なくとも一つのフレームが排出溝を具えることで、液溜め溝から排出路に集められた電解液をこの排出溝から容易に排出することができる。即ち、この形態では、排出路(排出孔)と排出溝との双方が排液部として機能する。
【００３０】
本発明RF電池の一形態として、セルスタックを構成する各フレームの排出溝が上述した下方側に開口した形態であって、上記排出溝の開口部の下方に配置され、当該排出溝からの電解液を受ける液受け樋と、上記液受け樋に集められた電解液を検知する漏洩センサとを具える形態が挙げられる。
【００３１】
上記形態によれば、電解液の自重により、排出溝からセルスタックの外部に電解液が自動的に排出される上に、排出された電解液を液受け樋で確実に受け取れて集められる。従って、上記形態によれば、液受け樋に集められた電解液を漏洩センサにより容易に、かつ確実に検知することができる。
【００３２】
上記液受け樋を具える本発明RF電池において、上記液受け樋が一方から他方に向かって傾斜した傾斜部を具え、この傾斜部の最下部に、上記漏洩センサを具える形態が挙げられる。
【００３３】
上記形態によれば、電解液の自重により、傾斜部の最下部に電解液を効率よく集められ、この最下部に漏洩センサを配置することで、液受け樋に集められた電解液を漏洩センサにより容易に、かつ確実に検知することができる。また、この形態によれば、電解液の排出箇所が複数存在する場合でも、漏洩センサの検知箇所を一箇所にできるため、液受け樋を経てきた電解液を一つの漏洩センサだけで容易に検知できる。上記形態のより具体的な形態として、液受け樋を一方から他方に向かって傾けて配置する構成、即ち、液受け樋全体が傾斜部である形態、一方及び他方から中間部に向けて傾斜しており、液受け樋の全体がV字状になった形態、液受け樋の一部に傾斜部を具える形態、などが挙げられる。
【００３４】
本発明RF電池の一形態として、セルスタックが上述した排出孔から構成される排出路を具える形態であって、このセルスタックに具える上記排出路内に収納されて、当該排出路内の電解液を検知する漏洩センサを具える形態が挙げられる。特に、漏洩センサが紐状センサである形態が挙げられる。
【００３５】
上記形態によれば、シール機構から漏れ出た電解液がセルスタックの外部に漏れ出る前に、セルスタック内で上記電解液を検知できる。即ち、セルスタックの外部に電解液が漏れ出る恐れがあることを当該外部に漏れ出る前に検知できる。従って、上記形態によれば、より早期に漏洩(可能性)の検知が可能である。また、上記形態によれば、セルスタック内で漏洩を検知するため、電解液が実質的に乾燥せず、効率よく検知できると期待される。なお、この形態でも、電解液を排出する必要がある。電解液の排出には、上述のように排出溝を具えるフレームを少なくとも一つ具えて、排出溝を用いたり、排出路の少なくとも一方の開口部を用いたりすることが挙げられる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明レドックスフロー電池及びレドックスフロー電池システムは、電解液の漏洩を早期に検知できる。本発明レドックスフロー電池用フレーム及びレドックスフロー電池用セルスタックは、上記本発明レドックスフロー電池の構成部材に好適に利用でき、電解液の漏洩の早期検知に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図1は、実施形態1のフレームの概略模式図であり、図1(A)は、排出溝を一つ具える例、図1(B)は、排出溝を複数具える例を示す。
【図２】図2は、実施形態1のフレームを積層させた状態を示す概略模式図である。
【図３】図3は、実施形態1のフレームを具えるセルスタックの概略模式図である。
【図４】図4は、実施形態1のフレームを具えるRF電池システムの機能ブロック図である。
【図５】図5は、実施形態2のフレームの概略模式図である。
【図６】図6は、実施形態2のフレームを具えるセルスタックの概略模式図であり、図6(A)は、紐状センサを具える形態、図6(B)は、排出溝及び排出孔の双方を具えるフレームを具える形態、図6(C)は、エンドプレートから電解液を排出する形態を示す。
【図７】図7は、RF電池の動作原理を示す説明図である。
【図８】図8は、従来のRF電池に具えるセルスタックの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、図面を参照して、実施形態のレドックスフロー電池(RF電池)用フレーム、セルスタック、RF電池、RF電池システムを説明する。図において同一符号は、同一名称物を示す。
【００３９】
本発明RF電池の基本的構成は図7,図8に示す従来のRF電池と同様である。即ち、正極電極と負極電極との間に隔膜(代表的にはイオン交換膜)が介在されたセルと、表裏に各極の電極が配置される双極板を有するフレームとが交互に積層されてなるセルスタックと、上記各極の電極に供給する各極電解液を貯留する各極タンクと、上記セルスタックと上記各極タンクとに接続されて上記電解液の流通路となる導管とを具える。また、本発明RF電池は、バナジウムイオンなどの金属イオンを活物質に含有する硫酸溶液などの電解液を上記各極タンクから上記セルスタックに供給して電池反応を行う。そして、本発明RF電池は、代表的には、交流/直流変換器を介して、発電部(例えば、一般の発電所(火力、水力、原子力、風力、太陽光など)の他、一般家屋や集合住宅などを含む各所に設けられた太陽光発電機、風力発電機などの分散電源を含む)と負荷(一般家庭、プラント、工場などの需要家)とに接続され、発電部を電力供給源として充電を行い、負荷を電力提供対象として放電を行う。本発明RF電池は、このように発電部と負荷との間に組みつけられて電力系統の一要素に利用される。
【００４０】
本発明RF電池の特徴とするところは、その構成部材であるフレームの構成、及びセルスタックの構成にある。以下、従来のRF電池との相違点:フレームの構成及びセルスタックの構成を中心に説明し、その他の構成については詳細な説明を省略する。なお、図1〜図3,図5,図6に示すフレームは、わかり易いように両極の給液孔、排液孔、液導入溝、液排出溝を省略している。
【００４１】
[実施形態1]
図1〜図4を参照して、実施形態1のRF電池用フレーム、及びこのフレームを複数積層して構成されるRF電池用セルスタック、このスタックを具えるRF電池、及びこのRF電池を具えるRF電池システムを説明する。
【００４２】
(セルスタック)
図1(A)に示すフレーム1Aは、双極板121の外周に設けられる矩形枠であり、図示しない給液孔・排液孔よりも外周に、双極板121を囲むように設けられたシール機構と、シール機構よりも外周に設けられた液溜め溝2と、液溜め溝2に連続して設けられた排出溝(排液部)3とを具える。
【００４３】
シール機構は、双極板121に配置される各極電極に含浸される電解液がフレーム1Aの外部に漏れ出ることを防止するために設けられるものであり、双極板121を囲むように設けていれば、その形態は特に問わない。ここでは、シール機構は、フレーム1Aの表裏にそれぞれ設けられ、矩形状の双極板121の外周を囲む矩形状の溝(図示せず)と、この溝に嵌め込まれるOリングといったシール部材127により構成されている。その他、シール機構は、シール部材127に平パッキンを用いて、フレームにおいて平パッキンが配置される領域と平パッキンとにより構成したり、積層したフレーム1A同士を熱融着させたり、接着剤などにより接着したりして、融着領域(融着のために用いた接着剤を含む)や接着領域により構成したりすることができる。
【００４４】
フレーム1Aは、液溜め溝2を具える点が本発明の特徴の一つである。液溜め溝2は、上記シール機構の任意の位置から、シール機構を越えて漏れ出た電解液を一時的に溜めると共に、後述する排出溝3への流路に利用される溝であり、ここでは、シール機構の外周に沿って矩形状に設けられている。
【００４５】
液溜め溝2の断面形状は特に問わない。代表的には、半円弧状、矩形状が挙げられる。また、液溜め溝2の容積は、流通させる電解液量などに応じて適宜選択することができる。更に、ここでは、フレーム1Aの一面にのみ液溜め溝2を具える例を示すが、フレーム1Aの表裏面の双方に液溜め溝2を具える形態としてもよい。この場合、複数のフレーム1Aを積層させることで容積(電解液の貯留量)を大きくし易い。
【００４６】
また、フレーム1Aは、排出溝3を具える点が本発明の特徴の一つである。排出溝3は、上記液溜め溝2に溜められた電解液を集約して当該フレーム1Aの外部に排出する排出流路に利用される溝であり、ここでは、液溜め溝2からフレーム1Aの外周縁に連続して設けられ、当該外周縁に開口する開口部3oを有する。開口部3oは、フレーム1Aを設置した状態において、下方側に開口するように設けられている。この構成により、液溜め溝2に集められた電解液は、その自重により排出溝3に自動的に移送され、フレーム1Aの外部に排出される。
【００４７】
排出溝3の形状、大きさ、形成位置、個数は特に問わない。排出溝3の断面形状は、代表的には、半円弧状、矩形状が挙げられる。また、ここでは、排出溝3は、液溜め溝2からフレーム1Aの外周縁に直交するように、直線状に設けられた例を示すが、外周縁に交差するように設けられた斜線状や曲線状とすることができる。排出溝3の容積は、一つのフレーム1Aから一度に排出させる電解液量などに応じて適宜選択することができる。
【００４８】
排出溝3の個数は、図1(A)に示すように一つでもよいが、図1(B)に示すフレーム1Bのように、複数の排出溝3a,3bを具える形態とすると、少なくとも一つの排液溝(例えば、排出溝3b)を空気抜き穴として利用でき、排液溝2内や排出溝3a内が負圧になることを防止し、電解液を排出し易い。特に、複数の排出溝を具える場合、少なくとも二つの排出溝の形成位置を異ならせる、例えば、フレームを設置した状態において下方側に少なくとも一つ、下方側以外の箇所(例えば上方や側方)に別の一つが配置された形態とすると、上記下方側に配置された排出溝から電解液を容易に排出できる。図1(B)に示す例では、フレーム1Bを設置した状態において上方側及び下方側にそれぞれ排出溝3a,3bが設けられ、上方側の排出溝3bを空気抜き穴として機能させ、下方側の排出溝3aを電解液の排出に利用できる。また、排出溝を複数具える形態では、液溜め溝2に電解液が溜まり過ぎず、過剰な電解液の存在による内圧の上昇を防止し、フレームの外部に効率よく電解液を排出できる。
【００４９】
液溜め溝2及び排出溝3を具えるフレーム1Aは、従来と同様に射出成型などを利用して容易に製造することができる。
【００５０】
(セルスタック)
液溜め溝2及び排出溝3を具えるフレーム1Aを利用して、例えば、図2に示すように複数のフレーム1Aを積層させたセルスタック10Aを構築することができる。図2のセルスタック10Aは、双極板121を有するフレーム1Aのみを示し、各極電極、隔膜を省略している。この点は、図3,図6も同様である。また、図2では、フレーム1Aを例示しているが、フレーム1Bでもよい。
【００５１】
複数のフレーム1A1,1A2,…,1A7,…を積層することで、あるフレーム1A(例えば、フレーム1A2)の一面に設けられた液溜め溝2及び排出溝3は、隣接する別のフレーム1A(例えば、フレーム1A1)の他面により覆われて実質的に閉鎖空間となる。但し、液溜め溝2は、排出溝3に連続する開口部を有し、排出溝3は、フレーム1Aの外周縁に開口部3oを有する。この点は、後述する実施形態2も同様である。また、積層された複数のフレーム1A1,1A2,…,1A7,…の両端に配置されるフレーム1A1,1Anは、図8に示す一対のエンドプレートに挟まれることで、同様に閉鎖空間となる(但し、上述の開口部を有する)。
【００５２】
更に、図2に示す例では、複数のフレーム1Axのいずれも、セルスタック10Aを設置した状態において、排出溝3が同じ位置になるように設けられている。具体的には、各フレーム1Axの排出溝3は、セルスタック10Aの積層方向に沿って一直線状に並ぶ。即ち、各フレーム1Axの排出溝3の開口部3oはいずれも一直線状に並び、セルスタック10Aを設置した状態において同じ側に開口する。図2に示す例では、下方側に開口している。
【００５３】
このようなセルスタック10Aは、代表的には、図8に示すように一対のエンドプレートで挟んで長ボルトなどの締付部材により締め付けられた構成が利用される。この締め付けにより、シール機構(シール部材127)が十分に機能して、各極電極に充填された電解液がシール機構を越えて漏れ出ることが防止される。しかし、経年劣化などにより、シール機構を越えてフレーム1Aの外部に電解液が漏れ出ようとすると、当該電解液は、液溜め溝2を通過する。液溜め溝2内は圧力が小さいため、上記漏れ出ようとした電解液は積極的に液溜め溝2に溜められ、液溜め溝2内の電解液は、排出溝3からセルスタック10Aの外部に排出される。従って、セルスタック10Aは、液溜め溝2の任意の位置から、即ち、排出溝3以外の箇所から液溜め溝2の外部に電解液が実質的に漏れ出ることが無い。特に、この例では、排出溝3の開口部3oがセルスタック10Aの下方側に設けられているため、液溜め溝2内の電解液は、その自重により自動的に排出溝3に移動し、更に排出溝3を通過して開口部3oから排出される。
【００５４】
(RF電池)
上記セルスタック10Aを利用して、例えば、図3に示すように、上記排出溝3からの電解液を受ける液受け樋15と、排出溝3の開口部3oを経てセルスタック10Aの外部に排出され、液受け樋15に集められた電解液を検知する漏洩センサ20とを具えるRF電池を構築することができる。図3に示すRF電池は、セルスタック10Aと液受け樋15と漏洩センサ20とのみを示し、各極タンク及び導管は省略している。
【００５５】
図3に示すRF電池に具える液受け樋15は、断面V字状で直線状に延びる形状であり、上記一直線状に並んだ排出溝3の開口部3oの全てから電解液を受取可能な十分な大きさを有する。ここでは、上記一直線状に並んだ排出溝3の開口部3oの下方に、図3に示すように一方(図3において左方)から他方(図3において右方)に向かって低くなるように傾斜させて配置しており、更に、その最下部(図3において右方)に漏洩センサ20を配置している。
【００５６】
液受け樋15の形状、大きさ、個数、配置形態は特に問わない。例えば、断面]状体でもよいし、排出溝3の数に応じて複数個配置してもよいし、傾斜させずに水平に配置させてもよい。図3に示すように液受け樋15が傾斜部を有することで(ここでは、液受け樋15全体が傾斜部)、排出溝3の開口部3oから電解液の自重により自動的に落下してきた電解液を液受け樋15の最下部に、自動的に、かつ効率よく集めることができる。
【００５７】
漏洩センサ20は、市販されている種々のセンサ、例えば、浮き子式センサ、導電率センサ、その他、ガラス電極法を利用したセンサ(PH電極を具えるセンサ)などを利用できる。これらの漏洩センサ20を利用する場合、上記最下部の近傍に、排出溝3を経た電解液を溜める貯留槽(図示せず)を設けておき、この貯留槽に上記センサ20を配置しておくとよい。ここでは、液受け樋15が傾斜部を具えることから、電解液を貯留槽に効率よく溜められるため、上記センサ20は、電解液を確実に、かつ早期に検知できる。なお、図3の漏洩センサは、模式図である。
【００５８】
その他、漏洩センサ20として、紐状センサを利用し、例えば、液受け樋15内に、液受け樋15に沿って、紐状センサを配置した形態とすることができる。紐状センサは、例えば、複数の棒状電極とこれらの電極を保持する電極保持器とを具えるもの、複数の電極線を撚り合わせた撚り線と外装とを具えるものなど、市販品が利用できる。上記紐状センサは、棒状電極や電極線の任意の箇所に電解液が接触して、棒状電極間や電極線間が短絡することで漏洩を検知する。従って、図3に示すように、電解液の排出箇所が複数存在する形態(ここでは、セルフレーム1Aの数だけ排出箇所が存在し得る)では、上記紐状センサを利用すると、排出箇所の特定、即ち、不具合が生じているフレームの位置をも特定することができる。
【００５９】
図3に示す例では、液受け樋15を一つとし、その最下部に一つの漏洩センサを配置した形態を示すが、複数の液受け部を具え、各液受け部にそれぞれ漏洩センサを配置した形態、即ち、検出地点を複数具える形態とすることができる。但し、検出地点が多過ぎると、各地点に集められる電解液量が少なくなるため、早期検知が可能な範囲で検出地点数を選択することが好ましい。
【００６０】
(RF電池システム)
上記RF電池を利用して、例えば、図4に示すように、RF電池と、液溜め溝(図示せず)から排出溝3を経てセルスタック10Aの外部に排出された電解液を検知する漏洩センサ20と、漏洩センサ20からの情報に基づき、各極タンク106,107からセルスタック10Aへの電解液の供給状態を制御する制御部30とを具えるRF電池システムを構築することができる。図4に示すRF電池は、セルスタック10Aを簡略化して示す。
【００６１】
制御部30は、例えば、漏洩センサ20からの情報を入力する入力手段31と、入力された情報と設定した閾値とを比較して、電解液の漏洩の有無を判断する判断手段32と、判断手段32の結果から、ポンプ112,113の動作条件の変更を命令する命令手段33と、種々の設定値(例えば、閾値)などを記憶する記憶手段34とを具えるものが挙げられる。このような制御部30には、上記各手段などを具える処理装置と、キーボードといった直接入力手段35とを具えるコンピュータを好適に利用できる。更に、モニタといった表示手段36を具えていてもよい。
【００６２】
制御部30を具えるRF電池システムは、上述した液溜め溝及び排出溝3を具えるセルフレームにより構成されるセルスタック10Aの外部に電解液が漏れ出たことを早期に検知できる上に、検知されたら直ちに電解液の供給状態を変更する(例えば、漏れを低減するために、各極タンク106,107からセルスタック10Aへの電解液の供給量を低減する、場合によっては電解液の供給を停止する)ことができる。従って、このRF電池システムによれば、液受け樋15や貯留槽で受け取り可能な範囲に電解液の漏洩を低減することができ、作業者の安全性の確保、環境保護などを十分に図ることができる。
【００６３】
(効果)
上記構成を具えるRF電池は、万が一、シール機構の任意の位置からシール機構を越えて電解液がセルスタック10A(フレーム1A(又は1B))の外部に漏れ出ようとした場合でも、液溜め溝2に一旦集められ、かつ排出溝3により一括して排出させることができる。従って、セルスタック10Aの外部に排出される電解液量がある程度まとまった量であるため、漏洩センサ20が十分に動作でき、漏洩を早期に検知できる。
【００６４】
また、上記構成を具えるRF電池システムは、漏洩センサ20により、電解液の漏洩を検知したら、制御部30により、直ちに、電解液の漏洩を抑制させることができる。従って、RF電池の外部に電解液が漏洩することによる被害を効果的に防止できる。また、このようなRF電池システムを具える電力系統は、RF電池の異常を早期に発見できるため、信頼性が高いと期待される。
【００６５】
[実施形態2]
(フレーム)
実施形態1では、液溜め溝2の電解液を集約してフレーム1A,1Bの外部に排出する排液部として、排出溝3を具える形態を説明した。その他、排液部として、図5に示すフレーム1Cのように、フレーム1Cの表裏を貫通する排出孔4を具える形態が挙げられる。実施形態2のフレームの基本的構成は実施形態1と同様であり、相違点は排出孔4にあるため、ここでは排出孔4を中心に説明し、その他の重複する構成及び効果は詳細な説明を省略する。
【００６６】
フレーム1Cは、実施形態1のフレーム1A,1Bと同様に液溜め溝2を具えると共に、排出孔4を具える。排出孔4は、実施形態1で説明した排出溝3と同様に、上記シール機構の任意の位置から、シール機構を越えて漏れ出た電解液を集約すると共に、当該フレーム1Cの外部に排出する流路に利用される。
【００６７】
ここでは、排出孔4は円形状とし、液溜め溝2の一部に重複するように、より具体的には、上記円の中心が液溜め溝2内に位置するように設けられている。排出孔4の形状は、円形状の他、楕円形、矩形などの種々の形状が利用できるが、円形状とすると、電解液が流通する際の圧損が小さいと考えられる。また、ここでは、排出孔4は、フレーム1Cを設置した状態において、下方側に位置するように設けられており、液溜め溝2を経た電解液は、その自重により自動的に排出孔4に移送される。排出孔4の個数は特に問わないが、一つで十分であると考えられる。また、排出孔4の大きさは、液溜め溝2に溜められる最大量の電解液を排出可能な程度の大きさが望ましい。
【００６８】
上記排出孔4を具えるフレーム1Cも射出成型などにより、容易に製造することができる。
【００６９】
(セルスタック)
液溜め溝2及び排出孔4を具えるフレーム1Cを利用して、例えば、図6(A)に示すように複数のフレーム1Cを積層させたセルスタック10Bを構築することができる。複数のフレーム1Cを積層させると、各フレーム1Cの排出孔4が連続することで筒状(ここでは円筒状)の排出路11が形成され、液溜め溝2からの電解液は、この排出路11に集められる。即ち、排出路11を具えることで、一つのフレーム1Cの液溜め溝2に集められた電解液を、複数のフレーム1Cに亘って更に集約することができる。また、この集約をセルスタック10B内で行える。従って、図6(A)に示すように、上記排出路11に上述した紐状センサ21を配置する形態とすると、排出路11に集められた電解液をセルスタック10B内で検知できる。また、積層されたフレーム1Cの両側を挟むようにエンドプレート210(図6(B)参照)を配置することで、排出路11内は実質的に閉鎖空間になることから、排出路11内の電解液は乾燥し難い。従って、排出路11内に当該排出路11に沿って紐状センサ21を配置することで、排出路11内の電解液を確実に、かつ早期に検知できる。また、セルスタック10Bの外部に電解液が排出される前に電解液がシール機構を越えて漏洩したことを検知できるため、更なる検知の早期化を実現することができる。更に、上述のように紐状センサ21を利用することで、電解液の漏出箇所(露出したフレーム)を特定し易く、フレームなどの部材の交換などを行い易い。
【００７０】
排出路11に溜められた電解液は適宜排出することで、排出路11内の圧力が上昇して、フレーム1Cの任意の位置から電解液が漏れ出ることを防止できる。例えば、セルスタック10Bでは、その両端に位置するフレーム1C1,1Cnの少なくとも一方の排出孔4(排出路11の少なくとも一端の開口部)から電解液を排出できる。図6(C)に示すように、積層されたフレーム1Cの両側に一対のエンドプレート210を配置する場合、エンドプレート210において排出路11(積層されたフレーム1Cの両端に位置するフレーム1C1,1Cnの排出孔4)が接触する箇所に、排出路11に連続する貫通孔210hを設けておき、この貫通孔210hにより、排出路11に溜められた電解液を排出してもよい。貫通孔210hの近傍には、排出した電解液を溜める貯留槽を設けておく。いずれか一方のエンドプレート210にのみ貫通孔210hを具える形態としてもよい。セルスタック10Bにおいて、排出路11の少なくとも一端の開口部(エンドプレート210の少なくとも一方の貫通孔210h)から、排出路11内の電解液を排出する場合、排出路11内に集められた電解液は排出路11内の紐状センサ21に接触してから開口部(貫通孔210h)に到達する。従って、紐状センサ21は上記電解液を十分に検知できる上に、検知後、効率よく排出できる。
【００７１】
或いは、図6(B)に示すように、セルスタック10Cを構成するフレームとして、排出孔4と共に実施形態1で説明した排出溝3を具えるフレーム1Dを少なくとも一つ具える形態(この例では一つ)とすることが挙げられる。フレーム1Dに具える排出溝3は、排出路11(排出孔4)からフレーム1Dの外周縁に連続して設けられている。この形態では、排出路11の両端はエンドプレート210により塞がれ、排出路11に集められた電解液は、フレーム1Dの排出溝3のみから排出される。排出路11に連続して排出溝3を形成していることで、排出路11内に集められた電解液は排出路11内の紐状センサ21に接触してから排出溝3に到達する。従って、紐状センサ21は上記電解液を十分に検知できる上に、検知後、効率よく排出できる。
【００７２】
上記排出溝3を具える形態では、排出路11に紐状センサ21を配置することに代えて、図6(B)に示すように排出溝3の開口部の近傍(図6(B)では開口部の下方)に浮き子式センサや導電率センサなどの漏洩センサ20を配置した形態とすることができる。この形態では、排出路11に集められた電解液が纏めて排出溝3から排出されるため、漏洩センサ20は、効率よく、かつ早期に電解液の検知を行える。また、浮き子式センサなどの漏洩センサ20を用いることで、漏洩センサの配置や交換などを容易に行える。なお、実施形態1と同様に排出溝3の開口部の下方に、排出された電解液を貯留する貯留槽を設けておく。
【００７３】
また、排出溝3及び排出孔4を具えるフレーム1Dを複数具える形態とする場合、実施形態1で説明したように、複数の排出溝3が一直線状に並ぶ位置に設けられたフレームを利用し、かつこれら排出溝3に沿って液受け樋を配置することで、各排出溝3から排出された電解液を液受け樋により容易に集められる。特に、各排出溝3の開口部が、セルスタックを設置した状態において、下方に向けられていると、上述のように電解液の自重により、電解液を容易に排出できる。
【００７４】
図6(C)に示すように、貫通孔210hが設けられたエンドプレート210を具える形態とする場合、排出路11に紐状センサ21を配置することに代えて、貫通孔210hの近傍(ここでは、貫通孔210hの下方)に浮き子式センサなどの漏洩センサ20を配置した形態とすることができる。この形態では、排出路11に集められた電解液が纏めて貫通孔210hから排出されるため、漏洩センサ20は、効率よく、かつ早期に電解液の検知を行える。また、この形態は、セルスタックの下方側に漏洩センサ20を配置するための空間を十分に確保でき無い場合でも、漏洩センサ20を容易に配置することができる。更に、この形態は、漏洩センサ20を配置するための空間を十分に確保し易いため、メンテナンスや点検、清掃なども行い易い。
【００７５】
上述した実施形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。例えば、排出溝・排出孔の形状、個数、形成位置などを適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明RF電池やRF電池システムは、太陽光発電、風力発電などの新エネルギーの発電に対して、発電出力の変動の安定化、発電電力の余剰時の蓄電、負荷平準化などを目的とした用途に好適に利用することができる。また、本発明RF電池やRF電池システムは、一般的な発電所に併設されて、瞬低・停電対策や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。本発明RF電池用フレームやRF電池用セルスタックは、上記本発明RF電池の構成部材に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
1A,1An(n＝1,…,k,…),1B,1C,1Cn(n＝1,…,k,…),1D  フレーム
2  液溜め溝  3,3a,3b  排出溝  3o  開口部  4  排出孔
10A,10B,10C,10D  セルスタック  11  排出路  15  液受け樋
20  漏洩センサ  21  紐状センサ
30  制御部  31  入力手段  32  判断手段  33  命令手段  34  記憶手段
35  直接入力手段  36  表示手段
100  レドックスフロー電池  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
108,109,110,111  導管  112,113  ポンプ
121  双極板  122  フレーム  123  正極給液孔  124  負極給液孔
125  正極排液孔  126  負極排液孔  127  シール部材
200  セルスタック  210  エンドプレート  210h  貫通孔  220  締付部材
【図１】
2012099416.tif 000003
【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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【図８】
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