(57)【要約】【課題】枠体の内側に形成される凹部の面積を維持しつつ、枠体の外形面積を小さくできるセルフレーム、及びそれを備えるセルスタック、並びにレドックスフロー電池を提供する。【解決手段】枠体と、双極板とを備え、枠体の内側に電極を収納するための凹部が形成されるセルフレームであって、枠体は、給液マニホールドと給液スリットとを有する給液側片と、排液マニホールドと排液スリットとを有する排液側片とを備え、給液側片と排液側片とが互いに対向する方向を縦方向、縦方向に直交する方向を横方向とし、縦方向及び横方向の各方向において枠体の内側に向かう方向を内側、その反対方向を外側とするとき、給液マニホールドと排液マニホールドのうち少なくとも一方のマニホールドにおける縦方向の最も内側に位置する点が、凹部の縦方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置するセルフレーム。【選択図】図１
2017010791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠体と、前記枠体の内側に設けられる双極板とを備え、前記枠体の内周面及び前記双極板の表面により前記枠体の内側に電極を収納するための凹部が形成されるセルフレームであって、
前記枠体は、
前記凹部に供給される電解液が流通する給液マニホールドと、前記給液マニホールドから前記凹部に前記電解液を供給する給液スリットとを有する給液側片と、
前記給液側片に対向して設けられ、前記凹部から排出される前記電解液が流通する排液マニホールドと、前記凹部から前記排液マニホールドに前記電解液を排出する排液スリットとを有する排液側片と、を備え、
前記給液側片と前記排液側片とが互いに対向する方向を縦方向、前記縦方向に直交する方向を横方向とし、前記縦方向及び前記横方向の各方向において前記枠体の内側に向かう方向を内側、その反対方向を外側とするとき、
前記給液マニホールドと前記排液マニホールドのうち少なくとも一方のマニホールドにおける前記縦方向の最も内側に位置する点が、前記凹部の前記縦方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置するセルフレーム。
【請求項２】
前記少なくとも一方のマニホールドにおける前記横方向の最も内側に位置する点が、前記凹部の前記横方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置する請求項１に記載のセルフレーム。
【請求項３】
前記少なくとも一方のマニホールドにおける前記縦方向の最も外側に位置する点が、前記凹部の前記縦方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置する請求項１又は請求項２に記載のセルフレーム。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のセルフレームと、正極電極と、イオン交換膜と、負極電極とをそれぞれ複数積層してなるセルスタック。
【請求項５】
請求項４に記載のセルスタックを備えるレドックスフロー電池。
【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の構成部品であるセルフレーム及びセルスタック、並びにレドックスフロー電池に関する。特に、セルフレームの枠体の内側に形成される凹部の面積を維持しつつ、枠体の外形面積を小さくできるセルフレームに関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量の蓄電池の一つとして、レドックスフロー電池（以下、「ＲＦ電池」と呼ぶ場合がある）が知られている（特許文献１〜３を参照）。レドックスフロー電池の用途としては、負荷平準化用途の他、瞬低補償や非常用電源などの用途、大量導入が進められている太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーの出力平滑化用途などが挙げられる。
【０００３】
ＲＦ電池は、正極電解液及び負極電解液に酸化還元により価数が変化する金属イオン（活物質）を含有する電解液を使用して充放電を行う電池である。図６に、正極電解液及び負極電解液の活物質にＶイオンを含有するバナジウム電解液を使用したバナジウム系ＲＦ電池３００の動作原理図を示す。図６中の電池セル１００内の実線矢印は充電反応を、破線矢印は放電反応をそれぞれ示す。
【０００４】
ＲＦ電池３００は、水素イオンを透過させるイオン交換膜１０１で正極セル１０２と負極セル１０３とに分離されたセル１００を備える。正極セル１０２には正極電極１０４が内蔵され、かつ正極電解液を貯留する正極電解液用タンク１０６が導管１０８，１１０を介して接続されている。同様に、負極セル１０３には負極電極１０５が内蔵され、かつ負極電解液を貯留する負極電解液用タンク１０７が導管１０９，１１１を介して接続されている。そして、ポンプ１１２，１１３により、各タンク１０６，１０７に貯留される電解液をセル１００（正極セル１０２及び負極セル１０３）に循環流通させて、充放電を行う。
【０００５】
上記ＲＦ電池３００には、通常、複数のセル１００が積層されたセルスタックを備える構成が利用されている。図７は、セルスタックの概略構成図である。図７に例示するセルスタック１０Ｓは、矩形枠状の枠体２２の内側に双極板２１が設けられたセルフレーム２０、正極電極１０４、イオン交換膜１０１、及び負極電極１０５を複数積層してなり、その積層体を２枚のエンドプレート２５０，２５０で挟み込んで締め付けることで形成されている。セルフレーム２０は、双極板２１が設けられる枠体２２の内側の両面に凹部２４が形成され、この凹部２４に略同じサイズの電極（正極電極１０４又は負極電極１０５）が収納される。これにより、枠体２２及び双極板２１により形成される凹部２４とイオン交換膜１０１とで囲まれる空間がセル（正極セル又は負極セル）を構成する。
【０００６】
上記セルスタック１０Ｓでは、双極板２１の一面側に正極電極１０４、他面側に負極電極１０５が配置され、隣接するセルフレーム２０の間にイオン交換膜１０１が介在され、１つのセルが形成されることになる。セルスタック１０Ｓにおける電解液の流通は、枠体２２に貫通して設けられたマニホールド２００、及び枠体２２の表面に形成され、マニホールド２００と枠体２２の内側（凹部）との間に設けられたスリット２１０により行われる。図７に例示するセルフレーム２０は、枠体２２の一方の長片（図７では下側の長片）が給液マニホールド２０１，２０２と給液スリット２１１，２１２とを有する供給側片であり、他方の長片（図７では上側の長片）が排液マニホールド２０３，２０４と排液スリット２１３，２１４とを有する排液側片である。セルスタック１０Ｓでは、正極電解液は、給液マニホールド２０１から枠体２２の給液側片の一面側（紙面表側）に形成されたスリット２１１を介して正極電極１０４が収納される凹部２４に供給される。そして、図７の矢印で示すように、凹部２４内を下側から上側に流通し、枠体２２の排液側片に形成されたスリット２１３を介して凹部２４から排液マニホールド２０３に排出される。同様に、負極電解液は、給液マニホールド２０２から枠体２２の給液側片の他面側（紙面裏側）に形成されたスリット２１２を介して負極電極１０５が収納される凹部に供給される。そして、凹部内を下側から上側に流通し、枠体２２の排液側片に形成されたスリット２１４を介して凹部から排液マニホールド２０４に排出される。セルフレーム２０間には、電解液の漏洩を抑制するため、枠体２２の外縁部に沿ってＯリングや平パッキンなどの環状のシール部材２５が配置されている。
【０００７】
一般に、従来のセルフレーム２０は、図８に示すように、枠体２２の外形が矩形状であり、枠体２２の凹部２４の形状も同じ矩形状である。通常、凹部２４の下端よりも下側に給液マニホールド２０１が設けられ、凹部２４の上端よりも上側に排液マニホールド２０３が設けられており、給液マニホールド２０１と排液マニホールド２０３とが対角位置に形成されている。図８では、図示を省略しているが、正極電解液用の給液マニホールド２０１及び排液マニホールド２０３と左右対称位置に、負極電解液用の給液マニホールド及び排液マニホールドが同様に形成されている。
【０００８】
また、セルフレーム２０間に介在されるイオン交換膜１０１は、その外縁部がシール部材２５に接する大きさを有しており、イオン交換膜１０１の面積は、セルフレーム２０の面積（枠体２２の外形面積）に略等しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１３−８０６１３号公報
【特許文献２】特開２００２−２４６０６１号公報
【特許文献３】特開２００５−２２８６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、大規模な自然エネルギー発電の導入が進められつつある中、大容量の電力を蓄電できるＲＦ電池への期待が高まっており、ＲＦ電池の更なる小型化・低コスト化が望まれている。
【００１１】
ＲＦ電池の小型化の観点から、セルフレーム（枠体）のサイズを小さくすることが考えられる。しかし、単純にセルフレームのサイズを小さくした場合、枠体の内側に形成される凹部のサイズも小さくなるため、この凹部に収納される電極のサイズを小さくせざるを得ない。電極面積が減少すると、出力の低下を招くため、好ましくない。したがって、凹部の面積を維持しつつ、セルフレームの面積（枠体の外形面積）を小さくすることが求められる。
【００１２】
また、枠体には、機械的強度を確保するため、凹部を囲む部分やマニホールドの周囲部分にマージン（凹部やマニホールドの開口縁から枠体の外周までの最低限の距離）を確保する必要がある。図８に示すように、従来のセルフレーム２０では、凹部２４の下端より下側に給液マニホールド２０１が設けられ、凹部２４の上端よりも上側に排液マニホールド２０３が設けられている。そのため、セルフレーム２０（枠体２２）の高さＦｈは、凹部２４の高さＣｈと各マニホールド２０１，２０３の径Ｍｄと縦方向のマージンｍｖとを合計した大きさが少なくとも必要となる。なお、図中、Ｆｗはセルフレーム２０（枠体２２）の幅、Ｃｗは凹部２４の幅、ｍｃは横方向のマージン、ｅｖは凹部２４の上端（上縁）又は下端（下縁）から枠体２２の外周までの縦方向の最短距離である。
【００１３】
更に、ＲＦ電池の低コスト化の観点から、高価なイオン交換膜のサイズを小さくして、使用量を削減することが望まれる。上述したように、イオン交換膜のサイズは、セルフレームと略等しいサイズになることから、セルフレームの面積を小さくすることができれば、イオン交換膜の面積を小さくできるため、低コスト化が可能となる。しかしながら、従来では、枠体の内側に形成される凹部の面積を維持した上で、セルフレームの面積を小さくすることについて、必ずしも十分な検討がなされているとは言えなかった。
【００１４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的の一つは、セルフレームの枠体の内側に形成される凹部の面積を維持しつつ、枠体の外形面積を小さくできるセルフレームを提供することにある。また、本発明の別の目的は、上記セルフレームを備えるセルスタック、及びこのセルスタックを備えるレドックスフロー電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一態様に係るセルフレームは、枠体と、前記枠体の内側に設けられる双極板とを備え、前記枠体の内周面及び前記双極板の表面により前記枠体の内側に電極を収納するための凹部が形成される。前記枠体は、給液側片と、この給液側片に対向して設けられる排液側片とを備える。前記給液側片は、前記凹部に供給される電解液が流通する給液マニホールドと、前記給液マニホールドから前記凹部に前記電解液を供給する給液スリットとを有する。前記排液側片は、前記凹部から排出される前記電解液が流通する排液マニホールドと、前記凹部から前記排液マニホールドに前記電解液を排出する排液スリットとを有する。そして、前記セルフレームは、前記給液側片と前記排液側片とが互いに対向する方向を縦方向、前記縦方向に直交する方向を横方向とし、前記縦方向及び前記横方向の各方向において前記枠体の内側に向かう方向を内側、その反対方向を外側とする。このとき、前記給液マニホールドと前記排液マニホールドのうち少なくとも一方のマニホールドにおける前記縦方向の最も内側に位置する点が、前記凹部の前記縦方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置する。
【００１６】
本発明の一態様に係るセルスタックは、上記本発明の一態様に係るセルフレームと、正極電極と、イオン交換膜と、負極電極とをそれぞれ複数積層してなる。
【００１７】
本発明の一態様に係るレドックスフロー電池は、上記本発明の一態様に係るセルスタックを備える。
【発明の効果】
【００１８】
上記セルフレームは、枠体の内側に形成される凹部の面積を維持しつつ、枠体の外形面積を小さくできる。上記セルスタック、及びレドックスフロー電池は、小型化と低コスト化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態１に係るセルフレームを示す概略平面図である。
【図２】実施形態２に係るセルフレームを示す概略平面図である。
【図３】実施形態３に係るセルフレームを示す概略平面図である。
【図４】実施形態に係るセルフレームの変形例を示す概略平面図である。
【図５】実施モデルと比較モデルとを対比して示す概略平面図である。
【図６】レドックスフロー電池の動作原理図である。
【図７】セルスタックの概略構成図である。
【図８】従来のセルフレームの一例を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［本発明の実施形態の説明］
本発明者らは、セルフレームの枠体の内側に形成される凹部の面積を維持しつつ、セルフレームの面積（枠体の外形面積）を小さくすることについて鋭意検討した。その結果、マニホールドと凹部との位置関係が特定の条件を満たすことで、凹部の面積を維持できながら、枠体の外形面積を小さくできることを見出し、本発明を完成するに至った。以下、本発明の実施態様を列記して説明する。
【００２１】
（１）本発明の一態様に係るセルフレームは、枠体と、前記枠体の内側に設けられる双極板とを備え、前記枠体の内周面及び前記双極板の表面により前記枠体の内側に電極を収納するための凹部が形成される。前記枠体は、給液側片と、この給液側片に対向して設けられる排液側片とを備える。前記給液側片は、前記凹部に供給される電解液が流通する給液マニホールドと、前記給液マニホールドから前記凹部に前記電解液を供給する給液スリットとを有する。前記排液側片は、前記凹部から排出される前記電解液が流通する排液マニホールドと、前記凹部から前記排液マニホールドに前記電解液を排出する排液スリットとを有する。そして、前記セルフレームは、前記給液側片と前記排液側片とが互いに対向する方向を縦方向、前記縦方向に直交する方向を横方向とし、前記縦方向及び前記横方向の各方向において前記枠体の内側に向かう方向を内側、その反対方向を外側とする。このとき、前記給液マニホールドと前記排液マニホールドのうち少なくとも一方のマニホールドにおける前記縦方向の最も内側に位置する点が、前記凹部の前記縦方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置する。
【００２２】
上記セルフレームによれば、マニホールドの縦方向の最も内側に位置する点が、凹部の縦方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置することで、枠体の高さを小さくでき、枠体の外形面積を小さくできる。この場合、従来のセルフレームと凹部の高さを同じとし、凹部の面積を同じとするとき、従来に比べて凹部の幅が大きくなり、枠体の幅が大きくなることがあるが、枠体全体の外形寸法を小さくできる。したがって、上記セルフレームは、枠体の内側に形成される凹部の面積を維持しつつ、枠体の外形面積を小さくできる。そのため、電極面積を維持して、出力の低下を回避しつつ、小型化を図ることができる。また、セルフレームの面積が小さくなるので、その分、イオン交換膜の面積を小さくでき、低コスト化を図ることができる。ここで、「高さ」とは縦方向の長さであり、「幅」とは横方向の長さを指す。
【００２３】
（２）上記セルフレームの一形態として、上記少なくとも一方のマニホールドにおける上記横方向の最も内側に位置する点が、上記凹部の上記横方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置することが挙げられる。
【００２４】
上記形態によれば、マニホールドの横方向の最も内側に位置する点が、凹部の横方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置することで、枠体の幅を小さくでき、凹部の面積を維持しながら、枠体の外形面積をより小さくできる。
【００２５】
（３）上記セルフレームの一形態として、上記少なくとも一方のマニホールドにおける上記縦方向の最も外側に位置する点が、上記凹部の上記縦方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置することが挙げられる。
【００２６】
上記形態によれば、マニホールドの縦方向の最も外側に位置する点が、凹部の横方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置することで、枠体の高さを更に小さくでき、凹部の面積を維持しながら、枠体の外形面積を更に小さくできる。
【００２７】
（４）本発明の一態様に係るセルスタックは、上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載のセルフレームと、正極電極と、イオン交換膜と、負極電極とをそれぞれ複数積層してなる。
【００２８】
上記セルスタックによれば、本発明の一態様に係るセルフレームを備えることから、セルフレームにおける電極が収納される凹部の面積を維持しつつ、セルフレームの面積を小さくできる。そのため、電極面積を維持しながら小型化が可能であり、また、イオン交換膜の面積を小さくできるため、低コスト化が可能である。
【００２９】
（５）本発明の一態様に係るレドックスフロー電池は、上記（４）に記載のセルスタックを備える。
【００３０】
上記レドックスフロー電池によれば、本発明の一態様に係るセルスタックを備えることから、小型化と低コスト化が可能である。
【００３１】
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係るセルフレームの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本発明の実施形態に係るセルスタック及びレドックスフロー電池は、本発明の実施形態に係るセルフレームを用いたことに特徴があり、それ以外の構成は、図６，図７を参照して説明した従来と同様の構成を採用できる。したがって、以下では、セルスタック及びレドックスフロー電池について、その詳しい説明を省略する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許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。
【００３２】
［実施形態１］
図１を参照して、実施形態１に係るセルフレーム２０Ａについて説明する。セルフレーム２０Ａは、枠体２２と、枠体２２の内側に設けられる双極板２１とを備え、双極板２１の外周に枠体２２が射出成形などにより一体化されて形成されている。セルフレーム２０Ａは、枠体２２の内周面及び双極板２１の表面により枠体２２の内側に電極（図示せず）を収納するための凹部２４が形成されている。セルフレーム２０Ａを構成する枠体２２は、例えば塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などのプラスチックやゴムで形成することが挙げられる。双極板２１には、プラスチックカーボン製のものが利用できる。
【００３３】
（枠体）
枠体２２は、その外形が矩形状であり、一対の長片と一対の短片とで構成されている。枠体２２は、給液側片２２１と、この給液側片２２１に対向して設けられる排液側片２２２とを備える。給液側片２２１は、凹部２４に供給される電解液が流通する給液マニホールド２０１と、給液マニホールド２０１から凹部２４に電解液を供給する給液スリット２１１とを有する。排液側片２２２は、凹部２４から排出される電解液が流通する排液マニホールド２０３と、凹部２４から排液マニホールド２０３に電解液を排出する排液スリット２１３とを有する。給液側片２２１と排液側片２２２の両端部は、互いに対向すると共に、これら給液側片２２１及び排液側片２２２に対して直交する一対の連結片２２３により連結されている。図１に例示するセルフレーム２０Ａでは、枠体２２の一方の長片（図１では下側の長片）が給液側片２２１、他方の長片が（図１では上側の長片）が排液側片２２２であり、連結片２２３が枠体２２の短片を構成する。ここで、セルフレーム２０Ａを平面視したとき、給液側片２２１と排液側片２２２とが互いに対向する方向を縦方向（上下方向）、縦方向に直交する方向を横方向（左右方向）とし、縦方向及び横方向の各方向において枠体の内側に向かう方向を内側、その反対方向を外側とする。
【００３４】
給液マニホールド２０１及び排液マニホールド２０３は、枠体２２（給液側片２２１及び排液側片２２２）の表裏に貫通して設けられている。また、給液スリット２１１及び排液スリット２１３は、枠体２２（給液側片２２１及び排液側片２２２）の表面に形成され、各スリット２１１，２１３の一端はそれぞれ各マニホールド２０１，２０３につながり、他端は枠体２２の内側に形成された凹部２４につながっている。図１に例示するセルフレーム２０Ａの場合、給液マニホールド２０１が枠体２２の左下隅に設けられ、その対角位置である右上隅に排液マニホールド２０３が設けられている。そして、給液マニホールド２０１から延びる給液スリット２１１が凹部２４の下縁部につながっており、排液マニホールド２０３から延びる排液スリット２１３が凹部２４の上縁部につながっている。つまり、凹部２４の下側から凹部２４内に電解液が供給され、凹部２４の上側から電解液が排出される。通常、枠体２２（給液側片２２１及び排液側片２２２）の内縁部には整流部（図示せず）が形成されており、各スリット２１１，２１３の他端は整流部につながっている。この整流部は給液スリット２１１から供給された電解液を凹部２４の下縁部に沿って拡散させたり、凹部２４の上縁部から排出される電解液を排液スリット２１３へ集約する機能を有する。この整流部により、凹部２４の下縁部から上縁部に向かって凹部２４内を電解液が流通するようになっている。
【００３５】
図１では、正極電解液用の給液マニホールド２０１及び排液マニホールド２０３のみを図示しているが、枠体２２（給液側片２２１及び排液側片２２２）には、負極電解液用の給液マニホールド及び排液マニホールドが形成されている。具体的には、正極電解液用の給液マニホールド２０１及び排液マニホールド２０３と左右対称位置に、負極電解液用の給液マニホールド及び排液マニホールドが同様に形成されている。また、枠体２２（給液側片２２１及び排液側片２２２）の裏面には、正極電解液用の給液スリット２１１及び排液スリット２１３と同じように、負極電解液用の各マニホールドと凹部２４とをそれぞれつなぐ給液スリット及び排液スリットが形成されている。
【００３６】
（凹部）
凹部２４の形状は、代表的には、凹部２４の輪郭線に外接する仮想の長方形を描いたとき、長方形の角部が切り取られたような形状である。仮想の長方形とは、具体的には、凹部２４の縦方向の最も外側に位置する点（上端、下端）を通る横方向に平行な２本の仮想直線と、凹部２４の横方向の最も外側に位置する点（左端、右端）を通る縦方向に平行な２本の仮想直線とにより形成される長方形のことである。図１に例示するセルフレーム２０Ａでは、凹部２４の形状が六角形状であり、凹部２４の高さ（縦方向の長さ）が幅方向（横方向）の中央側（内側）で最大となり、左右両側（外側）に向かって小さくなっている。換言すれば、凹部２４の上縁又は下縁から枠体２２の外周までの縦方向の最短距離が幅方向（横方向）の中央側（内側）で最小となり、左右両側（外側）で最大となっている。つまり、凹部２４の縦方向の最も外側に位置する点（上端及び下端）に対して、凹部２４の左右両側の角部（給液側片２２１及び排液側片２２２のそれぞれの内縁と連結片２２３の内縁との交点）の位置が、縦方向において内側に位置している。
【００３７】
（マニホールドと凹部の位置関係）
図１に例示するセルフレーム２０Ａでは、枠体２２の給液側片２２１において、給液マニホールド２０１の縦方向の最も内側に位置する点（上端）が、凹部２４の縦方向の最も外側に位置する点（下端）よりも内側（上側）に位置している。また、排液側片２２２においても、排液マニホールド２０３の縦方向の最も内側に位置する点（下端）が、凹部２４の縦方向の最も外側に位置する点（上端）よりも内側（下側）に位置している。つまり、両マニホールド２０１，２０３における縦方向の最も内側に位置する点が、凹部２４の縦方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置している。
【００３８】
｛作用効果｝
図８に例示するような従来のセルフレーム２０では、凹部２４の形状が矩形状であり、マニホールド２０１，２０３の縦方向の最も内側に位置する点が、凹部２４の縦方向の最も外側に位置する点よりも外側に位置する。これに対し、実施形態１のセルフレーム２０Ａでは、各マニホールド２０１，２０３の縦方向の最も内側に位置する点が、凹部２４の縦方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置する。そして、実施形態１のセルフレーム２０Ａによれば、従来と同等の凹部２４の面積を維持しながら、従来に比較してセルフレーム２０（枠体２２）の高さＦｈを小さくでき、枠体２２の外形面積を小さくすることが可能である。したがって、セルフレーム２０ＡをＲＦ電池の構成部品に利用することで、電極面積を維持しながら小型化が可能であると共に、イオン交換膜の面積を小さくできるため、低コスト化も図ることができる。
【００３９】
［実施形態２］
上述した実施形態１のセルフレーム２０Ａでは、マニホールド２０１，２０３の縦方向の最も内側に位置する点が、凹部２４の縦方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置する形態を説明した。実施形態２では、これに加えて、マニホールド２０１，２０３の横方向の最も内側に位置する点が、凹部２４の横方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置する形態を説明する。以下、図２を参照して、実施形態２に係るセルフレーム２０Ｂについて、実施形態１のセルフレーム２０Ａとの相違点を中心に説明する。
【００４０】
図２に例示する実施形態２のセルフレーム２０Ｂは、実施形態１と同様に、両マニホールド２０１，２０３における縦方向の最も内側に位置する点が、凹部の縦方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置している。これに加えて、実施形態２のセルフレーム２０Ｂでは、枠体２２の給液側片２２１において、給液マニホールド２０１の横方向の最も内側に位置する点（右端）が、凹部２４の横方向の最も外側に位置する点（左端）よりも内側（右側）に位置している。また、排液側片２２２においても、排液マニホールド２０３の横方向の最も内側に位置する点（左端）が、凹部２４の横方向の最も外側に位置する点（右端）よりも内側（左側）に位置している。つまり、両マニホールド２０１，２０３における横方向の最も内側に位置する点が、凹部２４の横方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置している。
【００４１】
実施形態２のセルフレーム２０Ｂによれば、実施形態１と同等の凹部２４の面積を維持しながら、実施形態１に比較してセルフレーム２０（枠体２２）の幅Ｆｗを小さくでき、枠体２２の外形面積をより小さくすることが可能である。なお、図中の点線は、実施形態１のセルフレーム２０Ａのサイズを示している。
【００４２】
更に、セルフレーム２０Ｂにおいて、給液マニホールド２０１の横方向の最も外側に位置する点（左端）が、凹部２４の横方向の最も外側に位置する点（左端）よりも内側（右側）に位置していてもよい。また、排液マニホールド２０３の横方向の最も外側に位置する点（右端）が、凹部２４の横方向の最も外側に位置する点（右端）よりも内側（左側）に位置していてもよい。つまり、両マニホールド２０１，２０３における横方向の最も外側に位置する点が、凹部２４の横方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置していてもよい。これにより、セルフレーム２０（枠体２２）の幅Ｆｗをより小さくでき、枠体２２の外形面積を更に小さくすることが可能である。各マニホールド２０１，２０３における横方向の最も外側に位置する点が、凹部２４の横方向の最も外側に位置する点と同じ横方向位置にあってもよい。
【００４３】
［実施形態３］
上述した実施形態１のセルフレーム２０Ａでは、マニホールド２０１，２０３の縦方向の最も内側に位置する点が、凹部２４の縦方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置する形態を説明した。実施形態３では、更に、マニホールド２０１，２０３の縦方向の最も外側に位置する点が、凹部２４の縦方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置する形態を説明する。以下、図３を参照して、実施形態３に係るセルフレーム２０Ｃについて、実施形態１のセルフレーム２０Ａとの相違点を中心に説明する。
【００４４】
図３に例示する実施形態３のセルフレーム２０Ｃでは、枠体２２の給液側片２２１において、給液マニホールド２０１の縦方向の最も外側に位置する点（下端）が、凹部２４の縦方向の最も外側に位置する点（下端）よりも内側（上側）に位置している。また、排液側片２２２においても、排液マニホールド２０３の縦方向の最も外側に位置する点（上端）が、凹部２４の縦方向の最も外側に位置する点（上端）よりも内側（下側）に位置している。つまり、両マニホールド２０１，２０３における縦方向の最も外側に位置する点が、凹部２４の縦方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置している。各マニホールド２０１，２０３における縦方向の最も外側に位置する点が、凹部２４の縦方向の最も外側に位置する点と同じ縦方向位置にあってもよい。
【００４５】
実施形態３のセルフレーム２０Ｃによれば、実施形態１と同等の凹部２４の面積を維持しながら、実施形態１に比較してセルフレーム２０（枠体２２）の高さＦｈを更に小さくでき、枠体２２の外形面積を更に小さくすることが可能である。なお、図中の点線は、実施形態１のセルフレーム２０Ａのサイズを示している。
【００４６】
［変形例］
上述した実施形態では、凹部２４の形状が六角形状である場合を例示したが、凹部２４の形状はこれに限定されるものではない。例えば、図４に例示するような形状が挙げられる。
【００４７】
図４の上から１番目の図に示すセルフレーム２０ａは、凹部２４の形状が、凹部２４の輪郭線に外接する仮想の長方形の角部が直線状に面取りされた形状（所謂、八角形状）である。
【００４８】
図４の上から２番目と３番目の図に示すセルフレーム２０ｂ，２０ｃは、凹部２４の形状が、上述した仮想の長方形の角部が曲線状に面取りされた形状である。セルフレーム２０ｂでは、長方形の角部が外側に膨らむようにＲ面取りされた形状である。セルフレーム２０ｃでは、長方形の角部が内側に凹むようにＲ面取りされた形状である。
【００４９】
図４の上から４番目の図に示すセルフレーム２０ｄは、凹部２４の形状が、上述した仮想の長方形の角部が直交する２本の直線によって切り欠かれた形状（所謂、十字状）である。
【００５０】
図４に例示するセルフレーム２０ａ〜２０ｄはいずれも、マニホールド２０１，２０３の縦方向の最も内側に位置する点が、凹部２４の縦方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置している。かつ、マニホールド２０１，２０３の横方向の最も内側に位置する点が、凹部２４の横方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置している。
【００５１】
［実施モデルと比較モデルとの対比］
図５の上図に示すセルフレーム２０Ｘ（実施モデル）と、図５の下図に示すセルフレーム２０Ｙ（比較モデル）を用いて、実施形態に係るセルフレームによる面積縮減効果を検証した。
【００５２】
実施モデルのセルフレーム２０Ｘは、凹部２４の形状が六角形状であり、各マニホールド２０１，２０３の縦方向の最も内側に位置する点が、凹部２４の縦方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置している。かつ、マニホールド２０１，２０３の横方向の最も外側に位置する点が、凹部２４の横方向の最も外側に位置する点よりも内側に位置している。一方、比較モデルのセルフレーム２０Ｙは、従来と同様、凹部２４の形状が矩形状であり、マニホールド２０１，２０３の縦方向の最も内側に位置する点が、凹部２４の縦方向の最も外側に位置する点よりも外側に位置している。実施モデルと比較モデルのセルフレームにおいて、凹部２４の面積が同等となるように寸法を以下のように設定した。
【００５３】
（前提条件）
前提条件として、枠体２２における縦方向及び横方向の各方向のマージンと、各マニホールド２０１，２０３の径Ｍｄとを次のように設定した。
縦方向のマージンｍｖ：５ｃｍ
横方向のマージンｍｃ：１０ｃｍ
マニホールドの径Ｍｄ：５ｃｍ
【００５４】
（実施モデル：セルフレーム２０Ｘ）
凹部の形状：六角形状
凹部の高さ（最大高さ）Ｃｈ：３０ｃｍ
凹部の幅（最大幅）Ｃｗ：８０ｃｍ
凹部の上端又は下端から枠体の外周までの縦方向の最短距離ｅｖ：７ｃｍ
凹部の上端と左右両側の角部との縦方向の距離差ｄｖ：５ｃｍ
凹部の面積：２０００ｃｍ２
【００５５】
（比較モデル：セルフレーム２０Ｙ）
凹部の形状：矩形状
凹部の高さＣｈ：３０ｃｍ
凹部の幅（最大幅）Ｃｗ：６７ｃｍ
凹部の上端又は下端から枠体の外周までの縦方向の最短距離ｅｖ：１２ｃｍ
凹部の上端と左右両側の角部との縦方向の距離差：０ｃｍ
凹部の面積：２０１０ｃｍ２（約２０００ｃｍ２）
【００５６】
以上の寸法条件に基づいて、実施モデルと比較モデルにおけるセルフレームの寸法及び面積（枠体２２の外形寸法及び外形面積）を計算すると次のようになる。
【００５７】
（実施モデル：セルフレーム２０Ｘ）
セルフレーム（枠体）の高さＦｈ：４４ｃｍ
セルフレーム（枠体）の幅Ｆｗ：１００ｃｍ
セルフレームの面積（枠体の外形面積）：４４００ｃｍ２
【００５８】
（比較モデル：セルフレーム２０Ｙ）
セルフレーム（枠体）の高さＦｈ：５４ｃｍ
セルフレーム（枠体）の幅Ｆｗ：８７ｃｍ
セルフレームの面積（枠体の外形面積）：４６９８ｃｍ２（約４７００ｃｍ２）
【００５９】
以上の検証結果から、実施モデルと比較モデルを対比すると、実施モデルは、比較モデルよりもセルフレームの面積（枠体２２の外形面積）が小さいことが分かる。この場合では、比較モデルに対する実施モデルの面積縮減効果は、［（４７００−４４００）／４７００］≒６．４（％）である。したがって、実施形態に係るセルフレームによれば、従来と同等の凹部の面積を維持しながら、従来に比較してセルフレームの面積（枠体２２の外形面積）を小さくすることが可能であることが分かる。
【００６０】
具体的には、実施形態のセルフレームは、凹部の形状が矩形状のセルフレームに比較して、実質的に同等の凹部の面積を有しながら、枠体の外形面積が小さくなるように、次の条件を満たす。
【００６１】
実施形態のセルフレームと、凹部の形状が矩形状のセルフレームとにおいて、マニホールド及び凹部の開口縁から枠体の外周までの縦方向の距離のうち短い方の距離を縦方向のマージン、その横方向の距離のうち短い方の距離を横方向のマージンとし、各方向のマージンを同じとする。また、マニホールドは、同じ形状、同じサイズとする。そして、両者のセルフレームにおける凹部の面積が実質的に同じとなるように設計したとき、実施形態のセルフレームは、マニホールドと凹部とが特定の位置関係にあり、凹部の形状が矩形状のセルフレームに比較して枠体の外形面積が小さくなるような凹部の形状を有する。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明のセルフレームは、レドックスフロー電池に好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１００  セル
１０１  イオン交換膜
１０２  正極セル    １０４  正極電極
１０３  負極セル    １０５  負極電極
１０６  正極電解液用タンク
１０８，１１０  導管    １１２  ポンプ
１０７  負極電解液用タンク
１０９，１１１  導管  １１３  ポンプ
２０，２０Ａ〜２０Ｃ，２０ａ〜２０ｄ，２０Ｘ，２０Ｙ  セルフレーム
２１  双極板
２２  枠体
２００  マニホールド
２０１，２０２  給液マニホールド
２０３，２０４  排液マニホールド
２１０  スリット
２１１，２１２  給液スリット
２１３，２１４  排液スリット
２２１  供給側片    ２２２  排出側片
２２３  連結片
２４  凹部
２５  シール部材
１０Ｓ  セルスタック
２５０  エンドプレート
３００  レドックスフロー電池（ＲＦ電池）
【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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【図８】
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