(57)【要約】【課題】電力貯蔵システムの設置場所が限られることがなく、電力の容量を容易に変更することができるようにする。【解決手段】複数のセルｃ１〜ｃ３と、各セルｃ１〜ｃ３と独立させて、かつ、接離自在に配設され、プラス溶液を収容する各セルｃ１〜ｃ３に共通の第１の溶液槽と、各セルｃ１〜ｃ３と独立させて、かつ、接離自在に配設され、マイナス溶液を収容する各セルｃ１〜ｃ３に共通の第２の溶液槽とを有する。プラス溶液及びマイナス溶液には、硫酸イオンとバナジウムイオンとが、バランスを保持した状態で含まれる。第１、第２の溶液槽がセルｃ１〜ｃ３と独立させて、かつ、接離自在に配設されるので、電力貯蔵システム１１を小型化することができ、設置場所が限られることがなくなり、電力の容量を容易に変更することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）複数のセルと、
（ｂ）該各セルと独立させて、かつ、接離自在に配設され、プラス溶液を収容する各セルに共通の第１の溶液槽と、
（ｃ）前記各セルと独立させて、かつ、接離自在に配設され、マイナス溶液を収容する各セルに共通の第２の溶液槽とを有するとともに、
（ｄ）前記プラス溶液及びマイナス溶液には、硫酸イオンとバナジウムイオンとが、バランスを保持した状態で含まれることを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項２】
前記プラス溶液及びマイナス溶液は、バナジウムと濃硫酸とを反応させ、濃硫酸による脱水作用によって精製された塩基を溶解することにより生成される請求項１に記載の電力貯蔵システム。
【請求項３】
前記各セル及び第１、第２の溶液槽は構造物内に配設される請求項１に記載の電力貯蔵システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力貯蔵システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レドックスフロー電池を利用した電力貯蔵システムにおいては、還元反応及び酸化反応を起こす物質を、セルと電解液タンクとの間で循環させることによって、大容量の電力を繰り返し充電したり、放電したりすることができるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１０−４０９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の電力貯蔵システムにおいては、セルと電解液タンクとが一体に形成されているので、レドックスフロー電池が大型化し、それに伴って、電力貯蔵システムが大型化するとともに、設置場所が限られてしまう。また、セルと電解液タンクとが一体に形成されているので、電力の容量を変更するのが困難である。
【０００４】
本発明は、前記従来の電力貯蔵システムの問題点を解決して、設置場所が限られることがなく、電力の容量を容易に変更することがでる電力貯蔵システム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】
【０００５】
そのために、本発明の電力貯蔵システムにおいては、複数のセルと、該各セルと独立させて、かつ、接離自在に配設され、プラス溶液を収容する各セルに共通の第１の溶液槽と、前記各セルと独立させて、かつ、接離自在に配設され、マイナス溶液を収容する各セルに共通の第２の溶液槽とを有する。
【０００６】
そして、前記プラス溶液及びマイナス溶液には、硫酸イオンとバナジウムイオンとが、バランスを保持した状態で含まれる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電力貯蔵システムにおいては、複数のセルと、該各セルと独立させて、かつ、接離自在に配設され、プラス溶液を収容する各セルに共通の第１の溶液槽と、前記各セルと独立させて、かつ、接離自在に配設され、マイナス溶液を収容する各セルに共通の第２の溶液槽とを有する。
【０００８】
そして、前記プラス溶液及びマイナス溶液には、硫酸イオンとバナジウムイオンとが、バランスを保持した状態で含まれる。
【０００９】
この場合、第１、第２の溶液槽がセルと独立させて、かつ、接離自在に配設されるので、電力貯蔵システムを小型化することができ、設置場所が限られることがなくなる。また、各セルと第１、第２の溶液槽とが独立させて形成されるので、電力の容量を容易に変更することができる。
【００１０】
また、前記プラス溶液及びマイナス溶液には、硫酸イオンとバナジウムイオンとが、バランスを保持した状態で含まれるので、硫酸イオンがバナジウムイオンより多くなることがない。そして、水イオンとバナジウムイオンとのイオン化傾向によって、硫酸イオンは常にバナジウムイオンと結合する。
【００１１】
したがって、プラス溶液及びマイナス溶液に硫酸が混在することがなく、プラス溶液及びマイナス溶液によって硫酸溶液が形成されることもないので、第１、第２の溶液槽外にプラス溶液又はマイナス溶液が流出しても、プラス溶液又はマイナス溶液が周辺環境に対して害を与えることはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施の形態における電力貯蔵システムの概念図、図２は本発明の実施の形態におけるセルの説明図である。
【００１４】
図において、１１は電力貯蔵システム、ｃｉ（ｉ＝１〜３）はセル、１２は第１の溶液としての正極電界液から成るプラス溶液を収容する第１の溶液槽としてのプラス溶液槽、１３は第２の溶液としての負極電界液から成るマイナス溶液を収容する第２の溶液槽としてのマイナス溶液槽であり、前記プラス溶液槽１２及びマイナス溶液槽１３は、各セルｃｉに対して共通に配設される。
【００１５】
また、１６は、セルｃ１と接続され、交流の電流と直流の電流との変換を行う第１の変換器としての交直変換器、１７は、セルｃ２と接続され、交流の電流と直流の電流との変換を行う第２の変換器としての交直変換器、１８は、セルｃ３と接続され、直流の電流間の変換を行う第３の変換器としてのハイブリッド制御盤、２１は電気エネルギーを交流の電流で供給する第１の電力供給源としての商用電源、２２は電力の供給を必要とする電力負荷としての需要家負荷、２４は、代替エネギーである風力エネルギーを電気エネルギーに変換し、該電気エネルギーを直流の電流でハイブリッド制御盤１８に供給する第２の電力供給源としての風力発電システム、２５は、代替エネギーである太陽エネルギーを電気エネルギーに変換し、該電気エネルギーを直流の電流でハイブリッド制御盤１８に供給する第３の電力供給源としての太陽光発電システムである。
【００１６】
そして、前記セルｃ１と商用電源２１及び需要家負荷２２とを選択的に接続するために第１の切換要素としてのスイッチｓｗ１が、前記セルｃ２と需要家負荷２２とを選択的に接続する第２の切換要素としてのスイッチｓｗ２が配設される。
【００１７】
なお、前記各セルｃｉ、プラス溶液槽１２及びマイナス溶液槽１３によってレドックスフロー電池ｂｉ（ｉ＝１〜３）が構成される。
【００１８】
すなわち、セルｃ１、プラス溶液槽１２及びマイナス溶液槽１３によってレドックスフロー電池ｂ１が構成され、該レドックスフロー電池ｂ１においては、夜間に、スイッチｓｗ１を操作することによって、交直変換器１６を介して商用電源２１とセルｃ１とを接続すると、商用電源２１から教習される夜間電力が利用され、セルｃ１が充電される。そして、昼間に、スイッチｓｗ１を操作することによって、交直変換器１６を介してセルｃ１と需要家負荷２２とを接続すると、セルｃ１が放電させられて、需要家負荷２２に電力が供給される。
【００１９】
また、セルｃ２、プラス溶液槽１２及びマイナス溶液槽１３によってレドックスフロー電池ｂ２が構成され、該レドックスフロー電池ｂ２においては、任意の時点で、スイッチｓｗ２を操作することによって、交直変換器１７を介して需要家負荷２２とセルｃ２とを接続すると、セルｃ２が放電させられて、需要家負荷２２に電力が供給され、スイッチｓｗ２を操作することによって、需要家負荷２２とセルｃ２とを遮断すると、需要家負荷２２が放電するか停止させられる。
【００２０】
そして、セルｃ３、プラス溶液槽１２及びマイナス溶液槽１３によってレドックスフロー電池ｂ３が構成され、該レドックスフロー電池ｂ３においては、ハイブリッド制御盤１８を介して風力発電システム２４及び太陽光発電システム２５とセルｃ３とが常時接続され、セルｃ３が常時充電させられる。
【００２１】
各セルｃｉは、複数の単位セルｃａを直列に接続することによって形成され、該各単位セルｃａによって、１．３〔Ｖ〕以上、かつ、１．４〔Ｖ〕以下の電圧の充電及び放電を行うことができるようになっている。
【００２２】
そして、前記各セルｃｉとプラス溶液槽１２とは、管路４３、４４によって接離（接続及び分離）自在に接続され、図２に示されるように、ポンプＰによってプラス溶液が矢印方向に循環させられ、各セルｃｉとマイナス溶液層１３とは、管路４５、４６によって接離自在に接続され、ポンプＰによってマイナス溶液が矢印方向に循環させられる。なお、前記管路４３、４４によって第１の溶液循環系が、前記管路４５、４６によって第２の溶液循環系が構成される。
【００２３】
また、前記プラス溶液槽１２の下端の所定の箇所に取出管２８が配設され、該取出管２８に開閉弁ｖ１が配設され、前記マイナス溶液槽１３の下端の所定の箇所に取出管２９が配設され、該取出管２９に開閉弁ｖ２が配設される。
【００２４】
次に、前記各セルｃｉについて説明する。なお、各セルｃｉの構造は同じであるので、セルｃ１についてだけ説明する。
【００２５】
図２に示されるように、セルｃ１を構成する各単位セルｃａは、筐（きょう）体３１、並びにイオン交換膜によって形成され、前記筐体３１によって包囲されるセル室３２を区画し、第１室としての正極セル３４及び第２室としての負極セル３５を形成する隔壁３６を備え、前記正極セル３４は管路４３、４４に連通させられ、負極セル３５は管路４５、４６に連通させられる。なお、前記セルｃ１内の温度は、０〔℃〕以上、かつ、４０〔℃〕以下にされる。
【００２６】
また、前記正極セル３４内に第１の電極としての正電極３７が、前記負極セル３５内に第２の電極としての負電極３８が配設される。前記正電極３７は筐体３１外の端子４１に、負電極３８は筐体３１外の端子４２に接続され、前記端子４１、４２を介してスイッチｓｗ１に接続される。なお、前記正電極３７及び負電極３８は炭素繊維電極材料から成る。
【００２７】
この場合、プラス溶液及びマイナス溶液は、例えば、Ｖ5+／Ｖ4+イオン、Ｖ3+／Ｖ2+イオン等のバナジウムイオン等のような、原子価が変化するイオンを含む水溶液から成り、前記隔壁３６を隔てて正極セル３４及び負極セル３５に収容される。
【００２８】
すなわち、プラス溶液は、Ｖ5+／Ｖ4+イオンを含む水溶液から成り、マイナス溶液は、Ｖ3+／Ｖ2+イオンを含む水溶液から成り、プラス溶液を正極セル３４とプラス溶液槽１２との間でポンプＰによって循環させ、マイナス溶液を負極セル３５とマイナス溶液槽１３との間でポンプＰによって循環させ、正電極３７及び負電極３８において、Ｖ5+／Ｖ4+イオン及びＶ3+／Ｖ2+イオンの価数変化反応を起こさせることによって、充電及び放電を行うことができる。
【００２９】
そして、充電時に、前記正電極３７において、
Ｖ4+→Ｖ5+＋ｅ- 
の価数変化反応（還元反応）が起き、電子ｅ- が正電極３７から端子４１に流れ、負電極３８においては、
Ｖ3+＋ｅ- →Ｖ2+
の価数変化反応（酸化反応）が起き、電子ｅ- が端子４２から負電極３８に流れる。なお、充電時において正電極３７で水素イオンが発生するが、該水素イオンは、隔壁３６を通過して負電極３８側に移動し、プラス溶液及びマイナス溶液の電気的な中性条件を満たすようになっている。
【００３０】
また、放電時に、前記正電極３７において、
Ｖ5+＋ｅ- →Ｖ4+
の価数変化反応（酸化反応）が起き、電子ｅ- が端子４１から正電極３７に流れ、負電極３８においては、
Ｖ2+→Ｖ3+＋ｅ- 
の価数変化反応（還元反応）が起き、電子ｅ- が負電極３８から端子４２に流れる。
【００３１】
ところで、Ｖ5+／Ｖ4+イオンを含むプラス溶液、及びＶ3+／Ｖ2+イオンを含むマイナス溶液を生成するに当たり、２価〜５価のバナジウムを希硫酸（Ｈ2 ＳＯ4 ）によって溶解する方法が考えられるが、その方法においては、プラス溶液及びマイナス溶液の各飽和許容量までバナジウムを溶解した場合でも、硫酸イオン（ＨＳＯ4 - 、ＳＯ42- ）がバナジウムイオンより多く存在し、プラス溶液及びマイナス溶液に硫酸が混在し、プラス溶液及びマイナス溶液が硫酸溶液を生成することになる。したがって、例えば、プラス溶液槽１２外にプラス溶液が流出したり、マイナス溶液槽１３外にマイナス溶液が流出したりすると、プラス溶液又はマイナス溶液の内部に含まれる硫酸によって、周辺環境に対して害を与える恐れがある。
【００３２】
そこで、本実施の形態においては、バナジウムと濃硫酸とを反応させ、濃硫酸による脱水作用によって塩基（Ｖ4 ＳＯ4 ）を精製し、精製された塩基を溶解することによって、プラス溶液及びマイナス溶液を生成するようにしている。
【００３３】
この方法によって生成されたプラス溶液及びマイナス溶液においては、硫酸イオンとバナジウムイオンとがバランスを保持した状態で含まれ、硫酸イオンがバナジウムイオンより多くなることはない。また、水イオン（Ｈ+ 、Ｈ3 Ｏ2 + ）とバナジウムイオンとのイオン化傾向によって、硫酸イオンは常時バナジウムイオンと結合する。
【００３４】
したがって、プラス溶液及びマイナス溶液に硫酸が混在することがなく、プラス溶液及びマイナス溶液によって硫酸溶液が形成されることもない。その結果、例えば、プラス溶液槽１２外にプラス溶液が流出したり、マイナス溶液槽１３外にマイナス溶液が流出したりしても、プラス溶液又はマイナス溶液が周辺環境に対して害を与えることはない。
【００３５】
そして、プラス溶液又はマイナス溶液が周辺環境に対して害を与えることはないので、充電が十分に行われた状態のプラス溶液及びマイナス溶液を、それぞれプラス溶液槽１２及びマイナス溶液槽１３から取出管２８、２９を介して取り出し、それぞれ別々に搬送して、所定の箇所に配設された他のレドックスフロー電池のプラス溶液槽及びマイナス溶液槽にそれぞれ充填（てん）すると、他のレドックスフロー電池において、直ちに放電を行うことができる。また、前記プラス溶液槽１２及びマイナス溶液槽１３から取り出したプラス溶液及びマイナス溶液を他のレドックスフロー電池において直ちに使用することなく、それぞれ保管することができる。
【００３６】
このように、本実施の形態においては、各セルｃｉとプラス溶液槽１２とが独立させて形成され、管路４３、４４によって接離自在に接続され、各セルｃｉとマイナス溶液層１３とが独立させて形成され、管路４５、４６によって接離自在に接続され、しかも、プラス溶液槽１２及びマイナス溶液槽１３が各セルｃｉに共通に使用されるので、電力貯蔵システム１１を小型化することができ、設置場所が限られることがなくなる。また、各セルｃｉとプラス溶液槽１２及びマイナス溶液槽１３とが独立させて形成されるので、電力の容量を容易に変更することができる。
【００３７】
また、本実施の形態においては、セルｃ１、ｃ２が互いに並列に接続され、かつ、セルｃ１はスイッチｓｗ１を介して商用電源２１及び需要家負荷２２に、セルｃ２はスイッチｓｗ２を介して需要家負荷２２に選択的に接続されるので、夜間に商用電源２１の夜間電力を利用して、レドックスフロー電池ｂ１の充電を行い、その間に、レドックスフロー電池ｂ２の放電を行うことができる。
【００３８】
そして、風力発電及び太陽光発電を利用して常時レドックスフロー電池ｂ３の充電を行うことができるので、需要家負荷２２における電力の需要を十分に満たすことができる。
【００３９】
次に、前記電力貯蔵システム１１を構造物に適用した例について説明する。
【００４０】
図３は本発明の実施の形態における電力貯蔵システムを構造物に適用した例を示す図である。
【００４１】
図において、５０は構造物としてのモニュメント、５１は複数の柱状体、５２は該各柱状体５１の上方に配設されたブロックであり、該ブロック５２上に前記風力発電システム２４が取り付けられる。
【００４２】
この場合、前記各柱状体５１内に密閉空間が形成され、各密閉空間に前記プラス溶液槽１２及びマイナス溶液槽１３が形成される。また、ブロック５２に各セルｃｉ、交直変換器１６、１７、ハイブリッド制御盤１８等が配設される。
【００４３】
本実施の形態においては、構造物としてモニュメントを使用するようになっているが、構造物として、鉄道、高速道路等に使用される架橋柱、電柱、マンション、ビル等の支柱、又は隔壁槽等の各種の建築構造物に適用することができる。
【００４４】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態における電力貯蔵システムの概念図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるセルの説明図である。
【図３】本発明の実施の形態における電力貯蔵システムを構造物に適用した例を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１１    電力貯蔵システム
１２    プラス溶液槽
１３    マイナス溶液槽
ｃｉ、ｃ１〜ｃ３    セル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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