(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を貯留するタンクと、
タンクにおける電解液の液面より上部に配置されて、電解液が循環されるセルスタックと、
セルスタックとタンクとをつなぐ往路配管および復路配管とを具え、
タンク内を電解液の液相部と不活性ガスの気相部とに区画し、
このタンク内の気相部と復路配管の上部とに接続される分岐管を設けると共に、この分岐管に、前記気相部から復路配管への気体の流通を許容する逆止弁を設けていることを特徴とするレドックスフロー電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レドックスフロー電池に関するものである。特に、セルスタック上部において発生する負圧を抑制できるレドックスフロー電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレドックスフロー電池として特開平4-4568号公報に記載のものが知られている。これは、電解液を貯留するタンクの上部にセルスタックを設けた構成である。この構成により、電解液の循環を止めて充電を終了した際、セルスタック内の電解液を重力でタンク内に復帰させ、セルスタック内に電解液が残存しないようにして自己放電に伴う電力貯蔵効率の低下を改善している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような構成のレドックスフロー電池では、セルスタックの内部に負圧が生じるという問題がある。
【０００４】
レドックスフロー電池システムの構成は電解液タンクの上方に電池セルスタックが配置され、ポンプにより送液循環している。電解液を循環するとセルスタック内の電解液面がタンク内の電解液面よりも常に高く、サイホン効果によりセルスタック上部は負圧になってしまう。セルスタック上部が負圧になってしまうと、セル内部の通液路（例えばセルフレームにおけるマニホールドから電極側へのガイド溝）が陥没して電解液の循環が行えなくなってしまう。
【０００５】
従って、本発明の目的は、セルスタック上部における負圧の発生を抑制することができるレドックスフロー電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、タンク内における不活性ガスの気相部と復路配管の上部とを、前記気相部から復路配管への気体の流通を許容する逆止弁を有する分岐管で接続することで上記の目的を達成する。
【０００７】
【０００８】
【０００９】
【００１０】
本発明レドックスフロー電池は、電解液を貯留するタンクと、タンクにおける電解液の液面より上部に配置されて、電解液が循環されるセルスタックと、セルスタックとタンクとをつなぐ往路配管および復路配管とを具え、タンク内を電解液の液相部と不活性ガスの気相部とに区画し、このタンク内の気相部と復路配管の上部とに接続される分岐管を設けると共に、この分岐管に、前記気相部から復路配管への気体の流通を許容する逆止弁を設けていることを特徴とする。
【００１１】
セルスタック内部が負圧にならないようにするために、復路配管に開閉弁を設け、この開閉弁を絞る構成がある。しかしながら、開閉弁を設ける場合には、圧力損失が増大してポンプ動力が大きくなったり、さらにはバルブの開度調整などシステムの運転管理が複雑になってしまう問題点がある。本発明によれば、タンク内を電解液の液相部と不活性ガスの気相部とに区画し、このタンク内の気相部と復路配管の上部とに接続される分岐管を設けると共に、この分岐管に、前記気相部から復路配管への気体の流通を許容する逆止弁を設けているので、復路配管内が負圧になった場合、復路配管内にタンク内の不活性ガスを流入させることができ、負圧になることを解消することができる。
【００１２】
【００１３】
なお、本発明レドックスフロー電池は復路配管には逆止弁を介して不活性ガスが流入し、復路配管内に大気が流入することはないので、電解液の酸化を抑制することができる。不活性ガスには窒素やアルゴンが利用できる。
【００１４】
また、通常、タンク内は電解液の液相部と気体の気相部とに区画されている。ここで、気相部を不活性ガスとし、分岐管をタンク内の気相部に接続すれば、タンク内の気相部から不活性ガスを復路配管に供給することができるので、構成を簡略化することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明レドックスフロー電池の一例を示す概略構成図である。この電池は、セルスタック10とタンク20とを具え、これら両者の間は往路配管30と復路配管40とで接続されている。往路配管30の途中には電解液をセルスタック10に循環させるポンプ50が設けられている。ここでは、一つのタンク20しか示していないが、実際には正極電解液用と負極電解液用の２つのタンクが存在する。
【００１６】
このタンク20内には電解液が貯留されている。通常、タンク内部は電解液のある液相部と、その上部の気相部とからなり、気相部には電解液の酸化を防止するために窒素ガスが封入されている。
【００１７】
一方、セルスタック10は、その全体がタンク内の電解液の液面よりも上方に設けられており、従来から用いられているレドックスフロー電池のセルスタックと同様である。図２に基づいてレドックスフロー電池の動作原理を説明する。図２ではセルとタンクがほぼ同じ高さ位置に示されているが、実際にはセルがタンクの上部に設けられている。
【００１８】
この電池は、イオン交換膜からなる隔膜４で正極セル1Aと負極セル1Bとに分離されたセル1を具える。正極セル1Aと負極セル1Bの各々には正極電極５と負極電極６とを内蔵している。正極セル1Aには正極電解液を供給・排出するための正極用タンク20Aが往路配管30A，復路配管40Aを介して接続されている。負極セル1Bにも負極電解液を導入・排出する負極用タンク20Bが同様に往路配管30B、復路配管40Bを介して接続されている。各電解液にはバナジウムイオンなどイオン価数が変化するイオンの水溶液を用い、ポンプ50A、50Bで循環させ、正負極電極５，６におけるイオンの価数変化反応に伴って充放電を行う。バナジウムイオンを含む電解液を用いた場合、セル内で充放電時に生じる反応は次のとおりである。
【００１９】
正極：V4+→V5+＋e-（充電） V4+←V5+＋e-（放電）
負極：V3+＋e-→V2+（充電） V3+＋e-←V2+（放電）
【００２０】
図３は、セルスタックの概略構成図である。通常、レドックスフロー電池には、複数のセルが積層されたセルスタック10と呼ばれる構成が利用される。各セルは、隔膜4の両側にカーボンフェルト製の正極電極5および負極電極6を具える。そして、正極電極5と負極電極6の各々の外側には、セルフレーム70が配置される。
【００２１】
セルフレーム70は、プラスチック製のフレーム枠71と、その内側に固定されるプラスチックカーボン製の双極板72とを具える。フレーム枠71には、マニホールドと呼ばれる複数の孔が形成されている。１枚のセルフレームには、例えば下辺に４つ、上辺に４つの合計８つのマニホールドが設けられ、下辺の２つが正極電解液供給用、残り２つが負極電解液供給用、上辺の２つが正極電解液排出用、残り２つが負極電解液排出用となっている。マニホールドは、多数のセルを積層することで電解液の流路を構成し、図２における往路配管・復路配管30A,30B,40A,40Bへとつながっている。
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
本例では、復路配管40の最上部において分岐を採り、その分岐管80の途中に逆止弁90を設けている。分岐管80は一端が逆止弁90を介して復路配管40に接続され、他端がタンク20の気相部に接続されている。
【００２７】
ここで、セルスタック10の上部が正圧の場合は、逆止弁90の作用により気相部内の窒素ガスが分岐管内を通って復路配管40に供給されることはない。一方、電解液をセルスタック10に流通すると、サイホン効果により、セルスタック10の上部が負圧になる。負圧の場合は、逆止弁90が窒素ガスの流通を許容するため、気相部から分岐管80を介して窒素ガスが復路配管40に供給される。そのため、復路配管内の負圧を解消することができる。この構成では、復路配管40自体にバルブを設けないため、電解液を流通する際に圧力損失が増加することがない。さらに、タンク20内の窒素ガスを復路配管40に供給できるため、独立して窒素ガスの供給機構を用いる必要がない。
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明レドックスフロー電池によれば、タンク内における不活性ガスの気相部と復路配管の上部とを、前記気相部から復路配管への気体の流通を許容する逆止弁を有する分岐管で接続することで、復路配管内が負圧になった場合に、分岐管から逆止弁を介してタンク内の不活性ガスを復路配管内に導入し、負圧を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】逆止弁を用いた本発明レドックスフロー電池の概略構成図である。
【図２】レドックスフロー電池の動作原理の説明図である。
【図３】セルスタックの説明図である。
【符号の説明】
1  セル
1A  正極セル
1B  負極セル
4  隔膜
5  正極電極
6  負極電極
10  セルスタック
20  タンク
20A  正極用タンク
20B  負極用タンク
30,30A,30B  往路配管
40,40A,40B  復路配管
50,50A,50B  ポンプ
70  セルフレーム
71  フレーム枠
72  双極板
80  分岐管
90  逆止弁
【図１】
0003922905.tif 000002
【図２】
0003922905.tif 000003
【図３】
0003922905.tif 000004