(57)【要約】少なくとも1つのセルスタックと、少なくとも1つのセルスタックに接続された少なくとも1対の貯蔵コンテナまたはタンクとを有するフロー電池システムが提供される。貯蔵コンテナの各々は硬質（例えば、金属）シェルから形成されており、硬質シェルの内壁に直接接合され、かつ液体電解質を保持するように構成されたエンクロージャを形成している、ライナを含む。電解質は、アノード液またはカソード液であってよい。組み立てられた構成において、貯蔵コンテナの金属シェルが二次封じ込めを提供する一方で、金属シェルに直接接合されたライナが一次封じ込めを提供する。フロー電池システムは、故障または漏れの存在を検出するように構成され、かつ貯蔵コンテナまたは貯蔵コンテナの特定の部分などの、フロー電池システムにおけるその漏れの位置を決定するようにさらに構成された、故障検出システムを含む。2020502775.tif 000004
2020502775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも1つのセルスタックと、
前記少なくとも1つのセルスタックに接続された少なくとも1対の貯蔵コンテナであって、前記貯蔵コンテナの各々が
硬質シェルと、
前記硬質シェルの内壁の少なくとも一部分に直接接合されており、かつ液体電解質を保持するように構成されたエンクロージャを形成している、ライナ部材と
を有する、少なくとも1対の貯蔵コンテナと、
前記貯蔵コンテナのうちの少なくとも1つにおける故障を検出するように構成された故障検出システムと
を備えるフロー電池システム。
【請求項２】
前記故障検出システムは、検出された前記故障の位置を検出するように構成されている、請求項1記載のフロー電池システム。
【請求項３】
前記故障は、前記ライナ部材を通した前記液体電解質の少なくとも1つの漏れを含む、請求項1記載のフロー電池システム。
【請求項４】
前記ライナ部材は、前記硬質シェルの前記内壁に対して回転成形されている、請求項1記載のフロー電池システム。
【請求項５】
前記電解質はアノード液またはカソード液を含む、請求項1記載のフロー電池システム。
【請求項６】
前記硬質シェルは金属から形成されている、請求項1記載のフロー電池システム。
【請求項７】
前記金属は鋼を含む、請求項6記載のフロー電池システム。
【請求項８】
前記金属はアルミニウムを含む、請求項6記載のフロー電池システム。
【請求項９】
前記鋼はステンレス鋼または炭素鋼を含む、請求項7記載のフロー電池システム。
【請求項１０】
フロー電池はバナジウムレドックスフロー電池を含む、請求項1記載のフロー電池システム。
【請求項１１】
前記ライナ部材は、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エポキシ、ビニルエステル、およびガラスから選択される少なくとも1つの材料から形成されている、請求項1記載のフロー電池システム。
【請求項１２】
前記故障検出システムは、
フロー電池内の選択された位置に配置された複数のセンサと、
前記フロー電池システムを通して或る周波数範囲の複数のプローブ信号を送信するように構成された少なくとも1つの信号源と、
前記複数のプローブ信号の送信に応答して受信される少なくとも1つの戻り信号を受信するように構成された少なくとも1つの検出器と、
前記少なくとも1つの検出器によって受信された前記戻り信号を分析して、前記戻り信号が前記フロー電池システム内の漏れが検出されたことを示しているかどうかを判定し、
前記漏れが検出された場合に、前記複数のセンサの各々から前記漏れまでの距離を示す距離値を生成し、
前記距離値に基づいて前記フロー電池システムにおける前記漏れの位置を決定する
ように構成された少なくとも1つのプロセッサと
を含む、請求項2記載のフロー電池システム。
【請求項１３】
前記センサの各々は、該センサと前記フロー電池内の前記電解質の全体との間に容量結合を形成する、請求項12記載のフロー電池システム。
【請求項１４】
前記複数のプローブ信号は無線周波数信号を含む、請求項12記載のフロー電池システム。
【請求項１５】
前記検出器によって受信された前記少なくとも1つの戻り信号は、複素インピーダンスを含む、請求項12記載のフロー電池システム。
【請求項１６】
前記複素インピーダンスは、実部としての抵抗および虚部としてのリアクタンスを含む、請求項15記載のフロー電池システム。
【請求項１７】
前記リアクタンスにおけるピークまたはディップが、前記漏れを示す、請求項16記載のフロー電池システム。
【請求項１８】
前記検出器および前記プロセッサは、同じ装置内に含まれている、請求項12記載のフロー電池システム。
【請求項１９】
前記プロセッサは、前記決定された位置における前記漏れの発生を示す警報を提供するように構成されている、請求項12記載のフロー電池システム。
【請求項２０】
少なくとも1つの信号源に、フロー電池内の選択された位置に配置された複数のセンサを備えたフロー電池システムを通して、或る周波数範囲の複数のプローブ信号を送信させる工程;
前記複数のプローブ信号の送信に応答して生成された少なくとも1つの戻り信号を受信する工程;
前記戻り信号を分析して、前記戻り信号が前記フロー電池システム内の漏れが検出されたことを示しているかどうかを判定する工程;
前記漏れが検出された場合に、前記漏れと前記センサの各々との間の距離を示す距離値を決定する工程;および
前記距離値に基づいて前記フロー電池システムにおける前記漏れの位置を決定する工程
を含む、フロー電池システムを動作させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、2016年12月19日に出願された「Systems and Methods for Electrolyte Storage and Detecting Faults in Flow Batteries」という名称の米国特許仮出願第62/436,388号の優先権を主張する。さらに、本出願は、「Large Scale Flow Battery System」という名称の2016年12月19日に出願された米国特許仮出願第62/436,365号および「Modular and Scalable Flow Battery System」という名称の2016年12月19日に出願された米国特許仮出願第62/436,347号の優先権を主張する。これらの出願の各々の全体は、ここで参照により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
分野
発電システムのフロー電池において電解質を貯蔵するための貯蔵コンテナ、ならびにフロー電池内の故障を検出するための方法およびシステムが提供される。
【背景技術】
【０００３】
背景
典型的なフロー電池システムは、フロー電池スタックと、アノード液リザーバと、カソード液リザーバとを含む。アノード溶液が、アノード液リザーバとフロー電池スタックとの間を循環する。カソード溶液が、カソード液リザーバとフロー電池スタックとの間を循環する。
【０００４】
フロー電池は、レドックスフロー電池としても知られ、電気エネルギーを、貯蔵することができかつ後に需要が存在するときに放出することができる化学エネルギーへと変換する。典型的なフロー電池システムは、電気エネルギーを貯蔵および放出するように構成される。このようなフロー電池システムは、例えば、電源によって生成された電気エネルギーを化学エネルギーに変換することができ、化学エネルギーが、アノード溶液およびカソード溶液の対の中に貯蔵される。その後、フロー電池システムは、貯蔵された化学エネルギーを、フロー電池システムの外部に移して使用することができる電気エネルギーの形態に再び変換することができる。
【０００５】
フロー電池は、グリッドに接続されたエネルギー貯蔵システムおよび/またはグリッドから切り離されたエネルギー貯蔵システムにおいて使用することができる。例えば、フロー電池は、ピーク時に全国的なグリッドをサポートすることができる。いくつかの用途においては、フロー電池を、風力発電システムまたは太陽光発電システムなどの再生可能エネルギーシステムをサポートするために使用することができる。いずれの特定の用途においても、一般に、フロー電池は、持続可能かつ信頼できるエネルギー生産を提供する潜在力を有する。
【発明の概要】
【０００６】
概要
コンテナの内部に対して直接成形されたライナ部材を含むフロー電池システム用の貯蔵コンテナを含む種々の方法および装置が提供される。電解質を貯蔵するライナ部材付きの貯蔵コンテナを有するフロー電池システムは、フロー電池システムにおける漏れの位置を正確に特定するように構成された故障検出システムを含む。
【０００７】
いくつかの局面においては、少なくとも1つのセルスタックと、少なくとも1つのセルスタックに接続された少なくとも1対の貯蔵コンテナとを含むフロー電池システムが提供される。貯蔵コンテナの各々は、硬質シェルと、硬質シェルの内壁の少なくとも一部分に直接接合されており、かつ液体電解質を保持するように構成されたエンクロージャを形成している、ライナ部材とを有する。さらに、フロー電池システムは、貯蔵コンテナのうちの少なくとも1つにおける故障を検出するように構成された故障検出システムを含む。
【０００８】
フロー電池システムは、多数の異なる方法で変えることができる。例えば、故障検出システムを、検出された故障の位置を検出するようにさらに構成することができる。別の例として、故障は、ライナ部材を通した液体電解質の少なくとも1つの漏れの形態であってよい。電解質は、アノード液またはカソード液であってよい。
【０００９】
硬質シェルを、金属から形成することができる。金属は、ステンレス鋼または炭素鋼などの鋼であってよい。金属は、アルミニウムまたは他の適切な金属であってもよい。フロー電池システムは、バナジウムレドックスフロー電池であってよく、あるいはバナジウムレドックスフロー電池を含むことができる。
【００１０】
いくつかの態様においては、ライナ部材を、硬質シェルの内壁に対して回転成形することができる。ライナ部材を、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エポキシ、ビニルエステル、およびガラスから選択される少なくとも1つの材料から形成することができる。
【００１１】
いくつかの態様において、故障検出システムは、フロー電池内の選択された位置に配置された複数のセンサと、フロー電池システムを通して或る周波数範囲の複数のプローブ信号を送信するように構成された少なくとも1つの信号源と、複数のプローブ信号の送信に応答して受信される少なくとも1つの戻り信号を受信するように構成された少なくとも1つの検出器と、少なくとも1つのプロセッサとを含む。少なくとも1つのプロセッサは、少なくとも1つの検出器によって受信された戻り信号を分析して、戻り信号がフロー電池システム内の漏れが検出されたことを示しているかどうかを判定し、漏れが検出された場合に、複数のセンサの各々から漏れまでの距離を示す距離値を生成し、距離値に基づいてフロー電池システムにおける漏れの位置を決定するように構成される。
【００１２】
故障検出システムは、さまざまな方法のいずれかで変えることができる。例えば、センサの各々は、センサとフロー電池内の電解質全体との間に容量結合を形成することができる。別の例として、複数のプローブ信号は、無線周波数信号を含む。さらなる例として、検出器によって受信される少なくとも1つの戻り信号は、複素インピーダンスを含む。複素インピーダンスは、実部としての抵抗と、虚部としてのリアクタンスとを含む。いくつかの態様においては、リアクタンスのピークまたはディップが、漏れを示す。
【００１３】
いくつかの態様においては、検出器とプロセッサとが同じ装置に含まれる。いくつかの態様において、プロセッサは、決定された位置における漏れの発生を示す警報を提供するように構成される。警報は、漏れを修復するためのフロー電池の修理の必要性を示すことができる。
【００１４】
他の局面においては、フロー電池システムを動作させる方法であって、少なくとも1つの信号源に、フロー電池内の選択された位置に配置された複数のセンサを備えているフロー電池システムを通して、或る周波数範囲の複数のプローブ信号を送信させる工程、複数のプローブ信号の送信に応答して生成された少なくとも1つの戻り信号を受信する工程、戻り信号を分析して、戻り信号がフロー電池システム内の漏れが検出されたことを示しているかどうかを判定する工程、漏れが検出された場合に、漏れとセンサの各々との間の距離を示す距離値を決定する工程、および距離値に基づいてフロー電池システムにおける漏れの位置を決定する工程を含む方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本開示は、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて検討することで、さらに充分に理解されるであろう。
【００１６】
【図１Ａ】フロー電池システムの一態様を示す概略図である。
【図１Ｂ】図1Aのフロー電池の電池セルスタックの電気化学セルの一態様を示す概略図である。
【図２Ａ】複数の電解質コンテナに流体連通した電池スタックコンテナを含んでいるモジュール式フロー電池システムの一態様の上部切断図である。
【図２Ｂ】図2Aのモジュール式フロー電池システムの側部切断図である。
【図３Ａ】本明細書に記載の技術による、ライナ部材が接合された電解質貯蔵コンテナの斜視部分断面図である。
【図３Ｂ】本明細書に記載の技術による図3Aの電解質貯蔵コンテナの別の斜視部分断面図であり、電解質貯蔵コンテナと電池スタックとの間の接続の一例も示している。
【図４】図4Aは、故障検出システム用のセンサを有するフロー電池システムの一部分を示す概略図である。図4Bは、図4Aのセンサのうちの1つのセンサの一例を示す概略図である。
【図５】故障検出システムを有するフロー電池システムの一部分を示す概略図である。
【図６】本明細書に記載の技術による、フロー電池システムの動作のプロセスを示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
詳細な説明
次に、本明細書に開示される装置および方法の構造、機能、製造、および使用の原理の全体的な理解をもたらすために、特定の例示的な態様を説明する。これらの態様の1つまたは複数の例が、添付の図面に示されている。本明細書において具体的に説明され、添付の図面に示される装置および方法が、非限定的な例示的態様であり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ定義されることを、当業者であれば理解できるであろう。或る例示的な態様に関連して図示または説明される特徴を、他の態様の特徴と組み合わせることが可能である。そのような修正および変形は、本発明の範囲に包含されるように意図される。
【００１８】
さらに、本開示において、態様の類似の名称の構成要素は、一般に、同様の特徴を有し、したがって個々の態様において、各々の類似の名称の構成要素の各々の特徴は、必ずしも完全に詳しくは説明されない。加えて、本明細書に開示されるシステム、装置、および方法の説明において直線状または円形の寸法が使用される限りにおいて、そのような寸法は、そのようなシステム、装置、および方法において使用することができる形状の種類を限定しようとするものではない。そのような直線状および円形の寸法の同等物を、任意の幾何学形状について容易に決定できることを、当業者であれば理解できるであろう。システムおよび装置ならびにそれらの構成要素のサイズおよび形状は、少なくとも、システムおよび装置が使用される対象の解剖学的構造、システムおよび装置が共に使用される構成要素のサイズおよび形状、ならびにシステムおよび装置が使用される方法および手順に依存し得る。
【００１９】
一般に、発電システム用のフロー電池システムにおいて、貯蔵コンテナとも呼ばれるライナ付きのタンクを使用するためのシステムおよび方法が提供される。ライナ付きの貯蔵コンテナは、液体電解質を貯蔵するように構成される。貯蔵コンテナの各々が、硬質（例えば、金属）外側シェルと、硬質シェルの内壁の少なくとも一部分に直接接合されており、かつ液体電解質を保持するように構成されたエンクロージャを形成している、ライナ部材またはライナとから形成される。本明細書に記載の技術は、ライナによって形成されたエンクロージャ内に配置された電解質を、接地された外側金属シェル（タンク）から電気的に絶縁することを含む。フロー電池システムは、少なくとも1つのセルスタックと、少なくとも1つのセルスタックに接続された少なくとも1対の貯蔵コンテナとを有することができる。
【００２０】
電解質は、アノード液またはカソード液であってよい。組み立てられた構成において、貯蔵コンテナの金属シェルが二次封じ込めを提供する一方で、金属シェルに直接接合されたライナが一次封じ込めを提供する。フロー電池システムは、貯蔵コンテナまたは貯蔵コンテナの特定の部分などの、フロー電池システムにおける故障または漏れならびにその位置を検出するように構成された故障検出システムを含む。一次封じ込めにおいて破損が生じた場合、二次封じ込めの完全性が損なわれる前に故障検出システムが破損を検出して、環境への漏洩を防止することができる。
【００２１】
フロー電池は、スタックコンテナと、特定の数の電解質貯蔵コンテナとを含む。スタックコンテナは、セルスタックおよび電解質ポンプ、ならびに支持配管、弁、および制御電子部品を含む。いくつかの態様において、フロー電池用の「構築ブロック」は、スタックコンテナと、1対の貯蔵コンテナとを含み、各対は、アノード液貯蔵コンテナおよびカソード液貯蔵コンテナを含む。
【００２２】
いくつかの態様において、電解質を保持するように構成された各貯蔵コンテナは、金属シェルおよびライナ（本明細書において「ライナ部材」とも呼ばれる）を含む。ライナ部材は、金属シェルの内部に恒久的に接合されている。金属シェル（例えば、鋼製シェル）は、ライナ部材に問題（例えば、漏れ）が生じた場合に電解質を集めるために使用される「二次封じ込め部」として機能する。二次封じ込め部は、二次封じ込め部によって電解質の流出の可能性に対する保護がもたらされるように、一次封じ込め部（ライナ部材）内に故障がある時を検出することができるシステムおよび方法に関連付けられる必要がある。この検出がない場合、腐食性の電解質が最終的に二次封じ込め部を貫通し、電解質が何の前触れもなく漏出する可能性がある。したがって、本明細書に記載の技術は、ライナ部材が損なわれた時を検出するための方法を提供する。具体的には、この技術は、複数の貯蔵コンテナのうちのどの貯蔵コンテナに漏れがあるかの決定を可能にする。さらに、いくつかの態様においては、貯蔵コンテナにおける漏れの具体的な位置を特定することができる。
【００２３】
典型的なフロー電池は、イオン交換膜などのセパレータを含むことができる電解質層によって隔てられた負電極および正電極を有するレドックスフローセルを含む。電気化学的に可逆的な酸化還元反応を駆動するために、負の電解質（アノード液と呼ばれることもある）が負電極へと送達され、正の電解質（カソード液と呼ばれることもある）が正電極へと送達される。セパレータは、電解質の混合を防止するが、選択されたイオンの通過を許すことで、酸化還元反応を完結させる。
【００２４】
図1が、レドックスフロー電池システム10の一態様を概略的に示している。フロー電池システム10は、第1の電解質貯蔵タンク12と、第2の電解質貯蔵タンク14と、第1の電解質回路ループ16と、第2の電解質回路ループ18と、第1の流量調整器19と、第2の流量調整器21と、スタック22に配置された1つまたは複数のフロー電池セル20と、電力変換器25と、コントローラ23（図示せず）と、エネルギー入力部27と、エネルギー出力部29とを含む。第1および第2の電解質貯蔵タンク12、14の各々は、電解質溶液の対のうちの一方を保持および貯蔵するように適合される。適切な電解質溶液の対の例としては、バナジウムおよびバナジウム溶液、臭素およびポリスルフィド溶液、バナジウムおよび臭化物溶液、有機金属分子系溶液などが挙げられる。本明細書に記載のシステムは、あらゆるフロー電池化学に適用可能であり、バナジウム電解質溶液を有するフロー電池に限定されない。
【００２５】
動作時に、酸化還元活性種を含有する液体電解質が、スタックのセル20を通って循環され、発電のために化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。酸化還元反応が、エネルギー貯蔵のために電気エネルギーを化学エネルギーに変換するように可逆的であることを、当業者であれば理解できるであろう。例えば、第1および第2の電解質回路ループ16および18の各々は、それぞれ供給導管24、26、および戻り導管28、30を有する。第1および第2の流量調整器19および21の各々が、コントローラからの制御信号に応答して電解質回路ループ16、18のうちのそれぞれ1つを通る一方の電解質溶液の流れを選択的に調整するように適合される。流量調整器19、21の各々は、フロー電池システムの個々の設計要件に応じて、可変速ポンプまたは電子的に駆動される弁などの単一の装置を含むことができ、あるいは複数のそのような装置を含むことができる。しかしながら、本開示の態様は、いかなる特定の種類の流量調整器にも限定されない。レドックスフロー電池システムに関する他の詳細は、例えば、2011年2月7日に出願された米国特許第8,884,578号に記載されており、この全内容は、参照により本明細書に組み入れられる。
【００２６】
図1Bは、スタック22の代表的な電池セル20の態様を示しており、液体電解質の化学エネルギーを電気エネルギーに変換する代表的な酸化還元反応を示している。この例において、電池セル20は、多孔質の負電極（アノード）と、多孔質の正電極（カソード）と、それらの間に置かれたセパレータまたは膜とを含む。多孔質の負ノードは、タンク12の液体電解質（アノード液と呼ばれる）と流体連通し、多孔質の正電極は、タンク14の液体電解質（カソード液と呼ばれる）と流体連通している。さらに、正電極および負電極は、外部回路に電気的に連通している。
【００２７】
図1Aおよび1Bの例において、セル20は、バナジウム-バナジウム（全バナジウム）レドックスフロー電池である。しかしながら、電池が、例えば有機非バナジウム電解質などの任意の他の電解質を使用して動作できることを理解すべきである。
【００２８】
バナジウムレドックスフロー電池用の液体電解質は、硫酸溶液に溶解させた硫酸バナジウムであってよい。硫酸バナジウムおよび硫酸の典型的な濃度は、それぞれ1〜2Mおよび4〜5Mの範囲であってよい。式1および式2が、全バナジウム系のレドックス対を示している。傍観種（SO4）は示されていないことに注意されたい。
2020502775.tif 000003
【００２９】
この例ではPFSA（ペルフルオロスルホン酸）系のプロトン交換膜によって隔てられた炭素系の紙電極の表面において、負および正の両方の半電池反応が生じる。膜は、バナジウムのクロスオーバーを最小限に抑えつつ、プロトンがセル間で電荷を移動させることを可能にする。スタック22において、セル20は、各セルへのバルクの電解質の移動および各セルからのバルクの電解質の移動のためのフローチャネルも含むグラファイトバイポーラプレートを介して、電気的に直列に接続される。セル20に、セルスタックに一体化された共通のマニホールドを介して電解質が並列に供給される。PFSA系のプロトン交換膜は、あくまでも例として示されており、適切な非フッ素化膜を含む任意の他の種類の膜を使用できることを、理解すべきである。
【００３０】
図示の例において、充電、放電、および電解質メンテナンスという、レドックスフロー電池10が動作できる3つのモードが存在する。充電（および、放電）動作の際には、電気化学をサポートするのに充分な量の反応物質を貯蔵タンク12、14からセルスタック20へと送り出すことによって、エネルギーが電解質へと供給（あるいは、電解質から抽出）される。
【００３１】
バナジウム系電池における電解質メンテナンスの際には、セル膜を通るバナジウムのクロスオーバーの作用が逆転される。一般に、カソード液中のバナジウムの濃度は、時間（すなわち、サイクル数）とともに増加することが明らかになっている。膜を横切る正味の水の移動も、バナジウムの濃度の変化の原因となり、この両方が、各タンク内の電解質の全体積に影響を及ぼす。このメンテナンスがない場合、エネルギー容量および効率が、サイクルに伴い低下する可能性がある。バナジウム濃度が高くなりすぎ、かつ高温になりすぎる（例えば、2M、＞40℃）場合、バナジウムの沈殿も、カソード液側で問題になる。
【００３２】
いくつかの態様においては、アノード液およびカソード液の両方にバナジウムを有する全バナジウムレドックスフロー電池が使用される。しかしながら、本明細書に記載の技術は、他の種類の電池においても実装可能である。例えば、上述のように、非バナジウム電解質または任意の他の種類の電解質を使用することができる。
【００３３】
図2Aおよび2Bは、いくつかの態様を実装することができるモジュール式フロー電池システム200の一例を示している。モジュール式フロー電池システムは、第1のタンクコンテナ202、第2のタンクコンテナ204、およびスタックコンテナ206を含む。第1および第2のタンクコンテナ202、204は、例えば、アノード液およびカソード液貯蔵タンクコンテナであってよい。モジュール式の設計は、電力（スタックによって提供される）をエネルギー（電解質によって提供される）から分離できるというフロー電池の能力を利用する。電力が、セルスタックの数によって決定される一方で、エネルギー貯蔵容量は、セルスタックによる使用のために利用できる電解質の量によって決定される。このシステムは、運搬、保管、および配備が容易なセルスタックおよび電解質貯蔵部を提供する。結果として、モジュール式フロー電池システムは、簡単かつ費用効果的なやり方で拡大・縮小することができる大規模なエネルギー貯蔵容量を提供する。
【００３４】
図2Aおよび2Bに示されるように、フロー電池システム200は、アノード液貯蔵部およびカソード液貯蔵部に流体連通して配設されるように構成された複数の電池スタックコンテナ（または、スタック）206を含む。複数の電池スタック206は、必要な電解質ポンプ、支持配管、弁、および制御電子回路と共に格納されてよい。配管は、さまざまな数のアノード液貯蔵部およびカソード液貯蔵部の対を複数の電池スタックに結合させることができるように構成される。図示のとおり、電解質を運ぶように構成されたタンクコンテナの各々は、供給管および戻り管を含む。したがって、図2Aに示されるように、タンクコンテナ204の代表として示され、カソード液を貯蔵するように構成されたコンテナ204aは、供給管208および戻り管210を含む。図2Bは、第2のタンクコンテナ204のうちのタンクコンテナ204aの戻り管210と、第1のタンクコンテナ202の代表として示された対向するタンクコンテナ202aの供給管208aとを示している。タンクコンテナ202aの供給管208aおよびタンクコンテナ204aの戻り管210は、（図2Aに示されるように）各々のタンク容器が同様の供給管および戻り管を含む本明細書に記載のモジュール式フロー電池システムのタンクコンテナのうちのいずれかのタンクコンテナの代表的な管として示されている。
【００３５】
フロー電池システム200の使用時に、各管は、液体電解質中に浸漬され、液体電解質は、それぞれ供給管および戻り管を介して、各々の電池スタックコンテナへと流れ、および各々の電池スタックコンテナから流れる。各々のタンクコンテナ内へと延びる供給管は、主電解質供給マニホールドに結合しており、各々のタンクコンテナ内へと延びる戻り管は、主電解質戻りマニホールドに結合している。主供給マニホールドおよび主戻りマニホールドは、流体導管ネットワークを定める。
【００３６】
各電池スタックは、電池スタックを通るアノード液およびカソード液の流れを可能にするために、流体導管ネットワークに接続されるように構成される。したがって、各電池スタックは、アノード液およびカソード液の供給の流れおよび戻りの流れに結合するように構成される。供給に関して、電解質は、各々が主電解質供給マニホールドに結合している複数の供給管接続部を通って電池スタックコンテナに進入する。主電解質供給マニホールドは、マニホールドへの流れおよびマニホールドからの流れがほぼ釣り合うように充分に大きい。主電解質供給マニホールド内の電解質の供給は、（例えば、200〜400gpmの流量を有する）供給電解質ポンプへと向けられ、マニホールドを通ってそれぞれの電池スタックへと送られる。戻り電解質の流れは、各電解質のための流体導管ネットワークの別々の戻り部分を通って、電池スタックから、戻りマニホールド、戻りポンプ、および主電解質戻りマニホールドの別の組へと逆方向に進み、電解質コンテナへの戻り接続部へと分配される。
【００３７】
本明細書に記載の態様において、電池セルのセル間の過度のシャント電流損失を軽減するように構成された「シャントマニホールド」と呼ぶことができるマニホールドを利用することができる。電池スタックコンテナは、シャント電流に関連する損失を許容レベルまで低減させるように構成されたシャントマニホールドを格納する。シャントマニホールドの各々は、関連する電池スタックへのアノード液の供給、関連する電池スタックへのカソード液の供給、関連する電池スタックからのアノード液の戻り、および関連する電池スタックからのカソード液の戻りを含むように機能する。
【００３８】
複数の電池スタック、アノード液貯蔵部、およびカソード液貯蔵部の各々は、輸送用コンテナのISO規格寸法を満たすフォームファクタを有することができるそれぞれのコンテナ内に設けられる。例えば、複数の電池スタックを、ISO規格寸法の40フィートの輸送用コンテナ内に設けることができる一方で、第1および第2の電解質貯蔵部を、ISO規格寸法の20フィートの輸送用コンテナ内に独立して設けることができる。しかしながら、これに加え、あるいはこれに代えて、任意のISO規格寸法の輸送用コンテナのサイズ、または特注設計のコンテナを使用することができる。電池スタックは、本明細書において電池スタックコンテナとも呼ばれる。カソード液貯蔵部およびアノード液貯蔵部を、それぞれアノード液貯蔵コンテナおよびカソード液貯蔵コンテナと呼ぶことができる。
【００３９】
貯蔵コンテナのサイズは、システムの電力およびエネルギー貯蔵容量を変える能力を提供し、これは大規模配備の状況において好都合であり得る。一局面において、電池スタックコンテナおよびそれぞれの電解質貯蔵コンテナの各々の規格寸法は、既存のインフラストラクチャを使用して、船舶、鉄道、およびトラックによる製造業者から現場への輸送、ならびに現場での保管および配備を容易にする。
【００４０】
さらなる局面において、電池スタックコンテナおよびそれぞれの電解質貯蔵コンテナは、垂直方向に積み重ねられた構成で動作するように構成される。例えば、ISOコンテナ規格は、地震および風の荷重を含め、電池スタックコンテナおよびそれぞれの電解質貯蔵コンテナの各々を少なくとも二重に積み重ねるために構造的に適している。さらに、各々の電解質貯蔵コンテナが同じフォームファクタにて提供されるため、単一の電池スタックコンテナの配管を、複数の電解質貯蔵コンテナの対と結合するように構成することができる。図2Aおよび2Bに示されるように、電池スタックコンテナおよびそれぞれの電解質貯蔵コンテナの少なくとも2つの層をこの様式で積み重ね、電気的に直列に配線することができる。とくに、図示の態様において、フロー電池システム200は、2つの層の各々に5対の電解質貯蔵コンテナを含み、したがってシステムは20個の電解質貯蔵コンテナを含む。しかしながら、フロー電池システムのこの構成は、あくまでも例として示されているにすぎないことを理解すべきである。
【００４１】
戻り管および供給管は、電池スタックとアノード液貯蔵部およびカソード液貯蔵部との間の流体の連通を可能にする。図2Bに示されるように、システム200は、電池スタックコンテナと電解質コンテナとの間のアノード液およびカソード液の流体連通を可能にする管接続部212a、212aを含む。図示のように、管接続部212aは、供給管208aと電池スタックコンテナ206のセルとの間にあり、管接続部212bは、戻り管210と電池スタックコンテナ206のセルとの間にある。
【００４２】
本明細書に記載の態様において、管接続部は、カソード液を含んでいる電解質コンテナまたはアノード液を含んでいる電解質コンテナの戻り管または供給管のいずれかに結合するように構成されている。管フランジが、タンクおよび電解質格納コンテナのそれぞれの側壁を通って延びる。内面側（タンク側）において、管フランジは、戻り管の終端部に（例えば、溶接によって）固定される。外面側において、管フランジは、電解質コンテナハウジングから外向きに延びて電池スタックコンテナと電解質コンテナとの間の管接続部を囲む封じ込めスリーブ（例えば、二重壁構造）に結合する。管フランジおよび封じ込めスリーブの各々を、液体電解質からの化学的攻撃に耐えることができる材料（例えば、HDPE）から形成することができる。
【００４３】
一態様において、フロー電池システムは、少なくとも1つの電池スタックコンテナと、少なくとも1対の電解質貯蔵コンテナ（アノード液貯蔵コンテナおよびカソード液貯蔵コンテナ）とを含む。しかしながら、本明細書に記載の技術に従って、任意の適切な数の電解質貯蔵コンテナの対をフロー電池システムにおいて使用することができる。
【００４４】
フロー電池システムの種々の構成要素を、その全内容が参照により本明細書に組み入れられる2016年12月19日に出願された「Modular and Scalable Flow Battery System」という名称の米国特許仮出願第62/436,347号に記載されているように実装することができる。さらに、いくつかの態様においては、電池セルスタックなどのフロー電池システムの種々の構成要素を、2011年9月21日に出願された「Flow Battery Stack With An Integrated Heat Exchanger」という名称の米国特許第9,774,044号、2011年7月29日に出願された「Flow Battery Cells Arranged Between An Inlet Manifold And An Outlet Manifold」という名称の米国特許出願公開第2013/0029196号、2009年12月18日に出願された「Flow Battery With Interdigitated Flow Field」という名称の米国特許第9,166,243号、2011年12月20日に出願された「Flow Battery With Mixed Flow」という名称の米国特許出願公開第2015/0263358号、および2011年2月7日に出願された「Method And System For Operating A Flow Battery System Based On Energy Costs」という名称の米国特許第8,884,578号のうちの1つまたは複数に従って実装することができ、これらのそれぞれの全内容は、参照により本明細書に組み入れられる。
【００４５】
本明細書に記載の技術によるフロー電池システムは、電解質を貯蔵するように構成されたさまざまな種類の貯蔵コンテナを使用することができる。いくつかの態様において、貯蔵コンテナは、内部にまたはコンテナを形成する硬質シェルに接合されたライナ部材を含むことができる。
【００４６】
図3Aが、本明細書に記載の技術によるタンクまたは電解質貯蔵コンテナ300の一態様を示している。貯蔵コンテナ300を、図2Aおよび2Bに示されるフロー電池システムにおいて使用することができ、あるいは本明細書に記載の技術による任意の他のフロー電池システムにおいて使用することができる。図3Aに示されるように、断面で示されている貯蔵コンテナ300は、硬質ハウジングまたはシェル302と、ライナ部材またはライナ304とを含む。さらに、貯蔵コンテナ300は、例えばマンウェイなどの任意の適切な特徴を有することができるカバー306を含む。シェル302は、輸送用規格コンテナまたは特注の輸送用コンテナであってよいが、底部および側壁を含み、いくつかの態様において、底部は補強された底部である。シェル302は、電解質が貯蔵コンテナから漏れ出た場合に液体電解質のための二次封じ込めを提供するために液密である。例えば、一態様において、シェルは、約マイナス1ポンド/平方インチゲージ（psig）〜約プラス1 psigの圧力を支えることができる。
【００４７】
図示の態様において、シェル300は、ステンレス鋼、アルミニウム、炭素鋼、または任意の他の適切な材料から形成することができる金属シェルの形態である。金属シェルは、低い腐食速度を有することが望ましい。例えば、ステンレス鋼から作られる態様において、腐食許容量は、推定304日間の保護を提供することができる約30ミル（1インチの1000分の1）であってよい。
【００４８】
ライナ部材304は、図3Bに概略的に示されるように、シェル302の内壁に直接接合される。シェル302に接合されたライナ部材304は、カソード液またはアノード液などの液体電解質を保持するように構成されたエンクロージャを形成する。このようにして、貯蔵コンテナ300の一体化した部分となるようにシェル302に接合されたライナ部材304が、一次封じ込めを提供し、貯蔵コンテナ300のシェル302の壁が、二次封じ込めを提供する。
【００４９】
シェル302は、シェルを支持し、海、道路、または鉄道によって輸送することを可能にする構造フレームの形態であってよい。貯蔵コンテナ300は、一般に、長方形であり得るが、正方形、円筒形、長円形、球形、または台形であってもよい。上述のように、金属シェル302は、バックアップの二次封じ込めを提供するように構成され、したがってライナ部材304が破損したときに電解質の漏れを閉じ込めることができる。ライナ部材304に破損が生じた場合、本明細書に記載の技術による検出システムが、破損を検出し、適切な構成要素へと伝えられる警報を生じさせることができる（これを遠隔で行うことができる）。
【００５０】
貯蔵コンテナ300は、任意の他の適切な構成要素を有することができる。例えば、図3Aに示されるように、貯蔵コンテナ300は、その片側に、供給導管または供給管308（部分的に示される）に結合した供給スリーブ314と、戻り導管または戻り管310に結合した戻りスリーブ316とを有する。供給管308が、貯蔵コンテナ300から電池スタックへと電解質を送達するように構成される一方で、戻り管310は、電池スタックから貯蔵コンテナ300へと電解質を送達するように構成される。供給スリーブ314および戻りスリーブ316は、電池スタックコンテナと貯蔵コンテナ300との間の管接続部を囲むように構成される。ライナ部材304に、供給管308および戻り管310へのアクセスを提供するための開口部を形成することができ、開口部は、ライナ部材をシェル302の内壁に接合した後にライナ部材304に形成されてよい。供給スリーブ314および戻りスリーブ316は、設置場所へと届けられる貯蔵コンテナの出荷前、または任意の他の時点において、タンクの製造者によって設置することができる。
【００５１】
図3Aに示されるように、貯蔵コンテナ300は、貯蔵コンテナの輸送中に戻り管310を機械的に支持するように構成された戻り管支持体315を含む。さらに、戻り管支持体315は、貯蔵コンテナ300を利用することができるフロー電池システム内の戻り管313を支持することができる。図3Aには示されていないが、貯蔵コンテナ300は、輸送中に供給管を機械的に支持する供給管支持体も含む。
【００５２】
貯蔵コンテナ300は、加圧運用または非加圧（通気）運用に合わせて構成されてよい。使用時に、貯蔵コンテナ300内の電解質のレベルを、1つまたは複数のセンサを介して監視することができる。例えば、組み立てられてフロー電池システムにおいて使用されるとき、貯蔵コンテナ300は、図3Aに示されるように、タンクレベルセンサ318を含むことができる。タンクレベルセンサ318は、任意の適切な導電率センサまたは他の種類のセンサであってよいが、貯蔵コンテナ300の上に貯蔵部が積み重ねられた場合でも点検用のアクセスが可能であるように斜めに設置されてよい。例えば、米国特許仮出願第62/436,347号に記載されているようなタンクレベルセンサを使用することができる。
【００５３】
図3Bは、電池スタックコンテナ（図示せず）と図3Aの貯蔵コンテナ300などの電解質コンテナとの間のアノード液およびカソード液の流体連通を可能にする管接続部の実装の一態様を示している。図3Bに示されている図は、図3Aに線319で示した断面における図である。図3Bに示されるように、管フランジ320が、電解質貯蔵コンテナ300の側壁305と電池スタックコンテナ内の流体導管ネットワークに結合した封じ込めスリーブ322との間を延びている。内面側（貯蔵コンテナ側）において、管フランジ320は、供給管308の終端部に（例えば、溶接325によって）固定される。外面側において、管フランジ320は、貯蔵コンテナ300から外向きに延びて電池スタックコンテナと貯蔵コンテナ300との間の管接続部を囲む封じ込めスリーブ322（例えば、二重壁構造）に結合する。管フランジ320および封じ込めスリーブ322の各々を、例えば高密度ポリエチレン（HDPE）または他の適切な材料など、液体電解質からの化学的攻撃に耐えることができる材料から形成することができる。
【００５４】
供給管308のための管接続部が、あくまでも例として図3Bに示されているにすぎないことを、理解すべきである。本明細書に記載の主題が、カソード液を含むコンテナまたはアノード液を含むコンテナの戻り管または供給管のいずれかと結合する管接続部に適用可能であることを、さらに理解すべきである。
【００５５】
上述のように、封じ込めスリーブ322を、導管ネットワークフランジにおいて電池スタックハウジングの流体導管ネットワークに結合させることができる。任意の適切な結合機構を使用することができる。例えば、図示の態様においては、リングボルト324を、貯蔵コンテナ300の内側の供給管308の周囲に配設することができる。リングボルトのそれぞれのボルトを、貯蔵コンテナの壁、管フランジ320、および封じ込めスリーブ322を通って延ばすことができる。追加のボルトが、導管ネットワークフランジを封じ込めスリーブに結合させることができる。それぞれのシール（例えば、ガスケット）を、リングボルトと貯蔵コンテナの壁との間、貯蔵コンテナの壁と管フランジとの間、および管フランジと導管ネットワークフランジとの間に介在させて、電解質の漏れを阻止することができる。したがって、図3Bに示されるように、Oリングシール326を、半径方向における管フランジ320とリングボルト324との間に位置付けることもできる。一態様において、管フランジは、約4インチの直径を有することができる。このようにして、電池スタックコンテナからの管接続部の設置および点検のためのすき間が提供され、電池スタックコンテナおよび電解質コンテナの近接配設（例えば、1フィート未満）を可能にする。
【００５６】
電池スタック側において、封じ込めスリーブ322を、電池スタックハウジングの浮動パネル内に受け入れ、シール（例えば、ガスケット）によって囲むことができる。流体導管ネットワークの流体導管の終端部を、浮動パネルを通して延ばし、（例えば、融接によって）導管ネットワークフランジに結合させることができる。流体導管ネットワークは、「ドッグレッグ」接続部などの複数の応力緩和機構をさらに含むことができる。例えば、ドッグレッグ接続部は、熱膨張および製造公差を許容する。電解質貯蔵コンテナと電池スタックとの間の接続部の実装に関するさらなる詳細、ならびに電池スタックの実装の例は、上述の米国特許仮出願第62/436,347号に記載されている。
【００５７】
貯蔵コンテナ300は、フロー電池における使用を容易にする種々の他の構成要素を含むことができる。例えば、貯蔵コンテナ300は、コンテナ内の圧力を制御するための外部ガス接続用の構成要素を有することができる。コンテナ300は、漏れを低減または排除するために二重シールフランジ継手を利用することができる。さらに、貯蔵コンテナは、以下でさらに詳しく論じられるように、二重壁の管接続のための構成要素を含む。貯蔵コンテナ300は、本明細書には示されない任意の他の適切な構成要素を有することができる。例えば、貯蔵コンテナ300は、米国特許仮出願第62/436,347号に記載されているような構成要素を含むことができる。
【００５８】
貯蔵コンテナ300は、任意の適切な寸法を有することができる。例えば、一態様においては、約20フィートの長さ、約8.5フィートの奥行きまたは幅、および約9.5フィートの高さを有する。本明細書において使用されるとき、用語「約」は、それが使用されている数字の数値のプラスマイナス10％を意味する。そのような寸法は、超過サイズの許可なしでの標準的な車台による標準的な輸送を使用して、米国においてコンテナを輸送することを可能にする。例えば、貯蔵コンテナは、鋼に恒久的に接合された回転成形ポリエチレンライナを有する自己完結型または特注設計の20フィートのISO寸法の鋼製輸送用コンテナであってよい。しかしながら、本明細書に記載の技術が、いかなる特定のサイズの電解質貯蔵コンテナにも限定されず、コンテナが任意の他の寸法を有してよいことを、理解すべきである。代替の態様において、電解質貯蔵コンテナの寸法は、コンテナの輸送についての産業および/または国の規格の変更に基づいて、変えられてよい。
【００５９】
貯蔵コンテナを形成するためにシェル302の内部に恒久的に接合されるライナ部材304は、任意の適切な寸法を有することができる。例えば、少なくともいくつかの態様において、ライナ部材304は、約0.250インチの厚さを有し、これは電解質と接地されたシェル302との間に必要とされる充分な電圧絶縁を提供する。しかしながら、ライナ部材304が任意の他の適切な厚さを有してよいことを、理解すべきである。
【００６０】
ライナ部材304を、液体電解質による攻撃に対して耐性のある任意の材料から形成することができる。例えば、いくつかの態様においては、ライナ部材304を、例えば低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、または高密度ポリエチレンなどのポリエチレン、ポリプロピレン、エポキシ、ビニルエステル、ガラスなどから、あるいは上記材料のいずれかの組み合わせから形成することができる。一例として、いくつかの実装形態においては、より大きな貯蔵コンテナに、特定の製造上の考慮事項ゆえに、中密度ポリエチレンを用いてライニングすることができる。
【００６１】
ライナ部材304を、種々の異なる技術を使用してシェル302に取り付けることができる。例えば、シェル302（例えば、鋼、アルミニウム、または他の金属から製造される）を型にした、回転成形技術を使用することができる。ライナをタンクまたはシェル302に取り付ける前に、例えば酸化物を除去するためにシェルを清浄することができる。回転成形は、プラスチック（例えば、ポリエチレンまたはライナの形成に使用される任意の他の材料）を大型のオーブンにおいて鋼製シェルの内側で液化させ、融けたプラスチックが必要とされる厚さでシェルの内部全体を覆うまで複数の軸に沿ってシェルを回転させることを含むことができる。このプロセスは、いくつかの場合、約60分を要し得る。次いで、ライナが取り付けられたタンクを冷ます必要があり、一態様においては、これに約24時間を要し得る。このようにして、ポリエチレンが鋼製シェルに恒久的に接合される。シェル302へのライナ304の接合は、ライナ304を取り付けるべき表面の適切な準備に依拠し、いくつかの態様においてはライナ材料中の添加剤に依拠する。
【００６２】
ライナ部材304と電解質貯蔵コンテナ300のシェル302との間の接合は、シェル302の材料（例えば、鋼または他の材料）の熱膨張または変形の違いによって層間剥離が引き起こされることがないような強度を有することができる。ライナ部材304は、化学的攻撃に対して耐性を有する。ライナが接合された後に、その内面を試験して、接合された材料に破損がないことを確認することができる。
【００６３】
これに加え、あるいはこれに代えて、ライナ部材304を他の適切な技術を使用してシェル302に直接接合できることを、理解すべきである。例えば、いくつかの態様においては、シェルの内壁の表面を、（例えば、噴霧または他の適切な技術を使用して）適切なポリマーまたはガラスで処理することができる。したがって、いくつかの態様においては、シェル302の内部がガラスでライニングされるように、ライナ部材304をガラスから形成することができる。一態様においては、ガラス製ライナでシェルをライニングするプロセスにおいて、所望の材料（例えば、エナメル）を最初に準備することができる。シェルもまた、所望の構成のシェルを生成するように適切に準備しなければならない。さらに、いくつかの実装形態においては、完成したシェルの外側にいかなる構成要素も溶接できないかもしれない。したがって、外部機構（例えば、管接続部）の取り付けのための用意は、シェルがガラスでライニングされる前に行われる。ひとたびシェルが準備されると、その内部および外部を研磨（例えば、スチールグリットでブラスト）し、かつ/またはその他の方法でガラス処理のために準備することができる。
【００６４】
シェルをガラス処理に適するようにした後に、ガラスがシェルの内部に適用される。例えば、一態様においては、ガラスの第1のコート（下塗りコートまたは「スリップ」）が、シェルの内部に適用される。下塗りコートは、シェルの材料（例えば、鋼または他の材料）への付着を促進するため乳化剤を用いて作製することができる。下塗りコートは、耐腐食性を有さなくてもよい。
【００６５】
準備されたシェルに（例えば、ガラス懸濁液の形態の）下塗りコーティングを適用（例えば、噴霧）した後に、乾燥させることができる。次いで、シェルは電気炉へと運ばれ、電気炉において、ガラスをシェルの内部に恒久的に付着させるために、所定の時間にわたって特定の温度に曝される。次いで、このようにしてガラスでライニングされたシェルを、制御された冷却システムへと移すことができ、ここでシェルは、ガラスの残留応力を低減するのに役に立つより低い温度に曝される。さらに、コーティングの適用、乾燥、加熱、および冷却などの同様の一連の操作を使用して、さらなるガラスコーティングを下塗りガラスコートを覆って適用することができる。加熱は、下塗りコートのにじみを防ぐために、下塗りガラスコートの適用に用いた温度よりも低い温度で行われる。完成後のライナの品質を保証するために、品質管理用の火花および厚さの試験を、コート間で実行することができる。所望の厚さのガラス製ライナが得られるまで、この手順が繰り返される。例えば、いくつかの態様において、厚さは約1mm〜約2mmであってよい。
【００６６】
ライナ部材304を使用するという本明細書に記載の技術は、いくつかの利点を提供する。例えば、製造コストを削減することができる。また、ライナが金属シェルに直接取り付けられている（したがって、両者の間に空間が存在しない）ため、シェルの容積のうちのより大きな領域が使用される。例えば、いくつかの実装形態においては、ライナを使用することによって約11％の貯蔵容量の増加を可能にすることができる。このようにして、より空間効率の良い貯蔵コンテナを提供することができる。同時に、輸送費を、異なるライナ（例えば、コンテナの内部に対して成形されない）と共に使用される貯蔵コンテナの輸送費と同じにすることができる。また、ライナの使用は、フロー電池の寿命を延ばすことを可能にし、システムの電気絶縁特性を改善する。
【００６７】
貯蔵コンテナは、ライナを貯蔵コンテナに対して成形した後に、フロー電池が組み立てられる場所へと出荷することができる。したがって、いくつかの態様においては、特定の量の電解質を貯蔵コンテナに入れることができ、コンテナを電解質と一緒に出荷することができる。
【００６８】
本明細書に記載のフロー電池システムの貯蔵コンテナ内に保持される電解質は、きわめて腐食性である。貯蔵コンテナは、その内部に接合されたライナを含む（したがって、ライナと内部との間に空隙がない）ため、ライナが、電解質のための一次封じ込め部を提供する一方で、コンテナ自体（または、シェル）が、二次封じ込め部を提供する。一次封じ込め部が故障した場合に、二次封じ込め部が電解質を保持することが必要条件である。したがって、電解質がコンテナ内側の金属に接触した直後かつコンテナが侵食される前に、ライナの破損を検出する必要がある。
【００６９】
フロー電池の故障を適切な時点で検出して直すことが、フロー電池に依存するシステムの適切な動作、コストおよび時間の考慮事項、ならびに環境上の懸念などの、いくつかの理由から必要とされる。従来は、検出された漏れの場所を突き止めるために、電解質を複数のタンクから一時的に汲み出すことが必要とされることがある。各々のタンクの汲み出しは、面倒かつ時間のかかる手順であり（一時的に取り出された電解質の保管も面倒となり得る）、漏れの悪影響を防ぐために時間通りには完了しない場合がある。したがって、フロー電池における漏れを、迅速かつ正確に検出する必要がある。
【００７０】
貯蔵コンテナに貯蔵された電解質は、導電性である。したがって、システムのスタックから電解質全体への導電経路が存在する。エネルギー貯蔵システムのDC電力バスは、接地に対して「浮いて」動作する。したがって、標準的な地絡検出装置は、フロー電池システム内の漏れの存在を検出できる可能性がある。しかしながら、その漏れがどのタンクに存在するのかの判断が、困難となり得る。また、時間とともに電解質中の水がタンクのライナに吸収されると、従来の地絡漏洩検出技術は、この広い面積の漏電と、システム内の特定の高導電性の漏れとの違いを、検出できなくなる可能性がある。
【００７１】
したがって、本明細書に記載の技術は、フロー電池における破損（漏れなど）の発生を検出可能にするだけでなく、システムのどのタンク（または、ライナ付きの貯蔵コンテナ）において漏れが発生したのかを示すこともできる。さらに、漏れが発生した特定の貯蔵コンテナの具体的な領域を特定することができる。本明細書に記載の技術による故障検出（「地絡検出」と呼ぶこともできる）システムは、フロー電池全体に対して使用される単一の検出システムの形態であってよい。このようにして、効率的かつコストを抑えた手法を利用して、システム内の漏れを示す正確な故障位置を特定することができる。その後、漏れを修理するための適切な措置を講じることができる。漏れの正確な位置の特定は、漏れに対処するためのより費用効果的な方法をもたらし得る。例えば、タンクの底部で検出された漏れを、タンクの上部近くで発生した漏れと比較して、より緊急の注意を要するものとして扱うことができる。
【００７２】
本明細書に記載の技術による故障検出は、距離依存性が強い複素インピーダンスを有する貯蔵コンテナ内の電解質に依拠する。電解質を通る電波の伝播速度を、漏れまでの距離を決定するために使用することができる。本明細書に記載のフロー電池システムにおいて、金属製の貯蔵コンテナ（または、タンク）は、接地されている。電解質から接地までの電気抵抗が、2つ以上のセンサを使用して漏れの位置を特定することを可能にする。本明細書に記載の技術は、たとえ時間の経過とともに電解質中の水がタンクのライナに吸収される場合でも、漏れの位置の特定を可能にする。したがって、本明細書に記載の技術において、電解質の漏れは、ライナの材料（例えば、ポリエチレン）に吸収された水の全体的な導電率の存在下でも検出することができる、接地までの導電経路とみなされる。
【００７３】
本明細書に記載の技術による故障検出は、フロー電池内の選択された位置に取り付けられる、例えばスタックコンテナの片側または両側のセルスタックマニホールドに沿って取り付けられる、あるいは1つまたは複数の電解質貯蔵コンテナ内に取り付けられる、2つ以上のセンサ部品またはセンサを使用して実行される。2つ以上のセンサを、無線周波数（RF）信号が電解質にアクセスすることができるフロー電池内の任意の適切な位置に配設することができる。本明細書に記載の技術において、電解質の漏れは、接地までの導電経路であると考えられる。感知電子回路に電解質とのRF接続がもたらされるために、センサを使用して電解質との容量結合を有するコンデンサが生成される。さらに、故障検出システムは、RF信号を送信する1つまたは複数のRF信号源を含む。電解質へと導入されたRF信号は、システムの物理的構成ならびに一次封じ込めタンクの破損（漏れ）によって引き起こされる接地への局部的な高導電率の短絡の有無に関係する複素リアクタンスを受ける。高周波交流信号の供給源であってよい各RF供給源は、例えば複数の周波数にわたるステップまたは掃引など、複数の周波数の刺激信号またはプローブ信号を送信するように構成される。プローブ信号は、連続波（CW）の形態であってよく、あるいはRF供給源が複数の周波数にわたってステップまたは掃引を行うように、ステップ周波数または掃引周波数RF信号であってよい。検出器（RF供給源を含む装置またはシステムと同じ装置またはシステムの一部であってよい）が、プローブ信号に応答した戻り信号を受信するように構成される。適切なプロセッサが、センサにおけるインピーダンスの変化を識別し、これにより、センサによって検出される、漏れによって引き起こされ得る異常の存在が示される。
【００７４】
検出器は、最大または最小インピーダンス点の形態で異常を探すように構成される。漏れが存在する場合、センサにおけるリアクタンスまたはインピーダンスが変化する。プローブ信号の周波数は既知であるため、どの周波数でインピーダンスの増加または減少（例えば、ピーク）が検出されたのかが分かる。電解質を通る電波の伝播速度も既知であり、したがって、各センサからどのくらいの距離で漏れが検出されたかを決定することが可能である。換言すると、各センサを、そのセンサからどのくらいの距離に漏れが存在するかを決定するために使用することができる。次いで、適切なプロセッサを使用し、それぞれが自身からの或る距離において漏れを「感知」したすべてのセンサを使用して受信した情報に基づいて、1つまたは複数の漏れの具体的な位置を決定することができる。プロセッサは、漏れが発生したことを示す警告を適切なエンティティ（例えば、サービスエンティティ）へと送信することができる。
【００７５】
図4Aは、アノード液貯蔵コンテナまたはタンク402と、カソード液貯蔵コンテナまたはタンク404とを含むフロー電池400の一例を示している。それぞれのタンク402a〜402eおよび440a〜404eを含むアノード液タンク402およびカソード液タンク404は、上述のように構成されたライナ付きのタンクであってよい。タンク402、404の各々は、電池セルスタックに結合するが、電池セルスタックは、分かり易くするために図4Aには詳細には図示されておらず、タンク402、404にそれぞれ結合した管406、408（例えば、複数の管を含むことができるマニホールド）のみが概略的に図示されている。システム400は、あくまでも一例として、5つのアノード液タンク402a〜402eおよび5つのカソード液タンク404a〜404eを含むように図示されている。しかしながら、本明細書に記載の技術に従って、任意の数のタンクをフロー電池システムにおいて使用できることを、理解すべきである。
【００７６】
図4Aに部分的に示されているフロー電池400は、4つのセンサA1、A2、C1、C2を含む故障検出システムを有しており、故障検出システムの他の構成要素は図示されていない。センサA1、A2は、アノード液タンク402側の管406上に配設され、センサC1、C2は、カソード液タンク404側の管408上に配設されている。この例において、センサは、システムの管（例えば、プラスチック管）上の特定の位置に配置されているが、いずれかのタンク内など、他の位置に配置することも可能である。例えば、1つまたは複数のセンサを、タンク内に配設することができる。センサを、すべてのセンサがタンクから異なる距離に位置するように配置することができ、センサの位置は予め定められている。換言すると、各センサと各タンクとの間の距離は、他のすべてのセンサのそれとは異なる。センサの数およびそれらの位置を、例えば貯蔵コンテナの数およびサイズや、配管システムの構成など、フロー電池システムの構成に基づいて選択することができる。例えば、三角測量を使用して故障または破損の具体的な位置を特定するために、3つのセンサが充分であり得る。フロー電池を使用する特定のシステムの特性や、環境への考慮事項など、他の要因も使用することができる。
【００７７】
センサA1、A2、C1、C2は、さまざまな構成のうちのいずれかを有することができる。いくつかの態様において、センサは、任意の適切な形態で作製することができるコンデンサを含む。例えば、図4Bは、管424（例えば、電池のマニホールド管）の一部分を覆って配置されたコンデンサ部材422を有するセンサ420の一例を示している。管424は、例えば、約8インチ〜約12インチの直径を有することができるが、本明細書に記載の技術は、管のいかなる特定のサイズにも限定されない。コンデンサ部材422は、多数のさまざまな方法で形成することができる。例えば、図示の例においては、銅箔または他の導電性材料から作られた長方形部材の形態であってよい。長方形部材は、その接着面を使用して管に取り付けることができるように、自己接着性であってよい。別の変形形態として、別個の接着剤または別の取り付け機構を使用して、コンデンサ部材422を管424上に取り外し不可能または取り外し可能に位置付けることができる。コンデンサ部材422のサイズは、管242の壁の厚さに依存し得る。いくつかの態様において、サイズは、約50平方インチ〜約150平方インチであってよい。しかしながら、態様はこの点に関して限定されないため、コンデンサ部材422は他の厚さを有してもよい。
【００７８】
上述のように、フロー電池システムのセルスタックから電解質全体への導電経路が存在する。コンデンサ部材422および電解質は、誘電体によって隔てられた導体である。コンデンサ部材422は、電解質および誘電体との組み合わせにおいて、コンデンサ部材422とコンデンサ部材422が形成された管424との間に容量結合を形成する。したがって、各々のセンサ（例えば、図4AのセンサA1、A2、C1、C2）は、実際には結合点を作り出し、いくつかの態様において、後述されるように、各々の結合点において複素インピーダンスを検出することができる。
【００７９】
各々のセンサ（その位置は既知である）が、そのセンサとフロー電池システム内の故障との間の距離を決定するために使用される。図4Aを参照すると、4つのセンサA1、A2、C1、C2は、冗長性および精度の向上、ならびに潜在的に不明瞭な漏れ位置を区別する能力を提供することができる。これは、タンクの壁を通って接地へと漏れる抵抗に起因して故障検出の分解能が距離にともない低下する可能性を軽減する。例えば、図4Aに示されるように、タンク404b（「タンク2」）に漏れL1が存在し、これ（漏れ）は主管408に近く、タンク404c（「タンク3」）に漏れL2が存在し、これ（漏れ）は主管408から遠い。漏れL1およびL2は、センサC2から同じ距離にあり得る。本明細書に記載の故障検出システムは、漏れL1およびL2を区別することができ、したがってそれらのそれぞれの位置を特定することができる。
【００８０】
図5が、本明細書に記載の技術による故障検出システム501を有するフロー電池システム500のより詳細な例を示している。この例においては、あくまでも例として、アノード液タンクまたはカソード液タンクであってよい5つのタンク502a、502b、502c、502d、502eが示されている。他のタンク（例えば、カソード液またはアノード液）が、簡単にするために示されていないことを、理解すべきである。この例において、故障検出システムは、セルスタックの特定の位置に配置された第1および第2のセンサ504、506を含む。例えば、図示のように、センサを、マニホールド508の両側に配設することができる。図4Bに示されるように、第1および第2のセンサ504、506の各々は、任意の適切な様式で構成されたコンデンサの形態であってよいが、センサは、他の構成を有してもよい。各々のセンサは、センサの導体が配設されたプラスチック管が誘電体として機能することにより、センサの導体構成要素と内部の導電性の電解質との間に容量結合を形成する。このようにして、タンクに漏れが存在する場合、センサにおけるリアクタンス性インピーダンスが、漏れまでの距離に直接関係する特定の周波数における特徴的なピークまたはディップを示すことになる。
【００８１】
図5に示されるように、故障検出システムは、この例においては2つのRF供給源510、512の形態である少なくとも1つのRF供給源も含む。これに加え、あるいはこれに代えて、他の種類の信号を使用してもよく、したがって他の信号源を使用してもよいため、本明細書に記載の技術がRF信号に限定されないことを理解すべきである。RF供給源の各々は、少なくとも1つのプローブ信号を複数の周波数で送信するように構成される。周波数を、電解質の特性および他の要因に基づいて選択することができる。プローブ信号を、RF増幅器514およびRF増幅器516などのRF増幅器（例えば、高周波RF増幅器）を使用して増幅することができる。図5に示した例では、プロセッサ（「CPU」）520、522が、それぞれのRF供給源510、512を制御する。しかしながら、当業者であれば理解できるとおり、RF供給源を任意の他の装置を使用して制御してもよい。いくつかの態様において、RF供給源は、「共役整合」の技術を含むことができる、システム特性を整合させるための特性供給源インピーダンスおよびリアクタンス整合ネットワークを有することができる。さらに、いくつかの態様においては、「高速エッジ」パルス発生器を使用することができ、その場合には、デジタル信号処理（DSP）技術を利用することができる。任意の他の適切なパルス発生器を代わりに使用してもよい。
【００８２】
図5に示されるように、図示の実装形態において、故障検出システムは、同じ種類または違う種類であってよい方向性ブリッジ524および方向性ブリッジ526の形態の方向性ブリッジ回路（例えば、RFカプラ）を含むことができる。各々のRF供給源によって送信されたプローブ信号は、それぞれの方向性ブリッジを通ってセンサへと進む。したがって、RF供給源510によって送信されたプローブ信号は、増幅器514によって増幅され、方向性ブリッジ524を通ってセンサ504へと進む。同様に、RF供給源512によって送信されたプローブ信号は、増幅器516によって増幅され、方向性ブリッジ526を通ってセンサ506へと進む。次いで、方向性ブリッジが、戻り信号に基づいてインピーダンスの振幅および位相を測定するために使用される。故障検出システムが、これらに加え、あるいはこれらに代えて、任意の他の構成要素を含み得ることを理解すべきである。例えば、いくつかの態様において、故障検出システムは、ホイートストンブリッジ回路、ケルビンブリッジ回路、他の適切なブリッジ回路、または異なる構成要素を含んでもよい。
【００８３】
プローブ信号の送信後に、戻り信号の形態の反射信号が、図5に示される検出器530、532などの検出器によって検出される。フロー電池システムに漏れが存在する場合、戻り信号の少なくとも1つの特性の値が、システムに漏れがないときに検出されると予想されるその特性の予想値とは異なることになる。検出器530、532の各々は、RF受信器構成要素と、少なくとも1つのマイクロプロセッサまたはデジタル信号プロセッサ（DSP）とを有する任意の適切な装置であってよい。この例においては、検出器を、マニホールドの各々の端部に配設することができる。したがって、この例のフロー電池システムは、4つの検出器を有することができる。上述のように、フロー電池システムの残り半分、したがって残りの2つのセンサおよび2つの検出器は、図5には示されていない。しかしながら、フロー電池システムにおいて4つよりも少ない検出器を使用できることを、理解すべきである。例えば、いくつかの実装形態においては、単一の検出器を利用することができる。別の例として、他の実装形態（例えば、システムが大型である場合）においては、検出器を各々のタンクに関連付けることができ、あるいは他の数の検出器を使用することができる。
【００８４】
その具体的な構成および位置に関係なく、検出器（例えば、検出器530、532のいずれか）は、戻り信号の少なくとも1つの特性の値を決定する。例えば、図示の態様において、検出器は、異常が存在する周波数を決定する。これは、戻り信号を処理することによって達成される。とくに、検出器は、戻り信号から各センサ位置における複素インピーダンスを計算することができる。異常が存在する場合、さまざまな周波数において計算されたインピーダンスが、使用された周波数の範囲内の特定の周波数において「短絡スタブ」の特性を示す場合に、検出器によって漏れが宣言される。次いで、計算された波長が、漏れの存在およびその距離を示すために波面の既知の伝播速度によって距離に変換され、故障警報を作動させることができる。検出された漏れまでの距離は、フロー電池システムの幾何学的特性に起因する伝播速度の違いを調整するように補償される。このようにして、漏れが存在しない場合、いかなるピークもしくはディップ、またはゼロを通過するリアクタンス性インピーダンスの交差も、検出器によって計算されることがない。特定の周波数（例えば、1/4波長）における変化は、複素インピーダンスの虚部であるリアクタンスまたはリアクタンス性インピーダンスの増加（例えば、ピークまたはディップ）をもたらす。適切な技術を用いて、複素インピーダンスを視覚化することができる。例えば、抵抗がインピーダンスの実部（x軸）であり、リアクタンスがインピーダンスの虚部（y軸）であるスミスチャートを使用することができる。
【００８５】
したがって、図5に示した例において、検出器530、532の各々は、抵抗（実数成分）とリアクタンスの大きさ（虚部）とを示す複素インピーダンスの実部および虚部を有する複素数として、戻り信号の処理のそれぞれの結果540、542を提供するように概略的に示されている。上述のように、スミスチャートを使用して、複素インピーダンスを視覚化および分析することができる。結果は、各々のセンサからの漏れの距離を示す距離値を計算するように構成されたプロセッサ（「CPU」）520、522へと提供される。電解質を通る電波の伝搬速度は既知であり、光速に近く、伝送線路に電気的に似ているタンク内では遅くなる。この違いがモデル化され、漏れ位置をより正確に特定するためにジオメトリプロセッサアルゴリズムに組み込まれる。したがって、センサをタンクから異なる距離に配置することができるため、インピーダンスの各々の変化（例えば、ピークまたはディップ）は固有のものとなり得る。インピーダンスの変化が検出される周波数が既知であるため、各々の距離値を計算することができる。
【００８６】
本明細書に記載の技術による地絡検出は、低インピーダンスを有する貯蔵コンテナ内の電解質に依拠する。電解質を通る電波の伝播速度を、精度を高めるために上述の補正係数を使用して漏れまでの距離を決定するために使用することができる。
【００８７】
図5に示されるように、距離値を、距離値に基づいて各々の故障の位置を計算することができる少なくとも1つのプロセッサを含むコンピュータハードウェア552を有するコンピューティングデバイス550へと提供することができる。コンピューティングデバイス550は、任意の適切なコンピューティングデバイスであってよい。コンピューティングデバイス550のメモリハードウェア554が、電池システム構成要素の機械的構成に対応する伝播速度係数を含むフロー電池の構成要素のシステムモデル556を、コンピュータ実行可能命令の形態で記憶することができる。システムモデル556は、フロー電池システムおよび貯蔵コンテナや配管などのシステムのすべての構成要素の構成、ならびに故障検出システムの各々のセンサおよび各々の検出器の位置の表現を含むことができる。コンピューティングデバイス550の故障位置検出モジュール558が、プロセッサを使用してプロセッサ520、522によって送信された情報を受信し、プロセッサを実行して情報を分析するように構成される。情報は、各々のセンサからの漏れまでの距離を含む。この処理は、コンピューティングデバイス550のメモリハードウェアに記憶されたシステムモデル556にアクセスすること、および処理結果に基づいて各々の漏れの位置を決定することを含む。図5に概略的に示されるように、故障位置を、点検オペレータまたはこの情報を使用して漏れに対処することができる任意の他のエンティティなど適切なエンティティに（例えば、警報の形態で）提供することができる出力560として提供することができる。
【００８８】
コンピューティングデバイス550は、任意の適切な場所に位置することができる。例えば、フロー電池システムのプロセッサの一部であってよい。あるいは、点検センター、エンジニアリング施設、または任意の他の場所に位置するリモートコンピューティングデバイスであってよい。
【００８９】
故障検出システム501の構成要素が、図5において、あくまでも例として別々に図示されていることを理解すべきである。とくに、RF供給源および増幅器、検出器、プロセッサなどのいずれも、種々の装置またはシステムのうちの1つまたは複数に含まれてよい。例えば、距離値を計算するように構成されたプロセッサ520、522と、故障の位置を決定するコンピューティングデバイス550とは、あくまでも例として別々の構成要素として示されているにすぎず、同じコンピューティングデバイスに含まれてもよい。例えば、同じコンピューティングデバイスが、距離値を計算し、距離値に基づいて故障の位置を決定することができる。さらに、いくつかの実装形態においては、検出器530、532も、プロセッサ520、522およびコンピューティングデバイス550を包含する同じ装置に含まれてよい。1つまたは複数のRF供給源も、図5に示されている他の構成要素のいずれかを含む同じ装置またはシステムに含まれてよい。
【００９０】
本明細書に記載の態様において、他の種類の刺激またはプローブ信号を送信する装置の各RF供給源（例えば、適切なパルス発生器）は、少なくとも1つの所定の周波数の信号を送信するように構成される。例示される態様において、RF供給源は、いくつかの実装形態においては約3フィート〜約30フィートの検出範囲について用いることができる約5MHz〜約50MHzの範囲内であってよい複数の周波数にわたってステップあるいは掃引を行ってよい。周波数を、所望の検出範囲に基づいて調整することができる。RF供給源の数およびそれらの位置を、例えば、貯蔵コンテナの数および寸法、所望の検出範囲などのシステムの特性に基づいて選択することができる。あるいは、広帯域RF雑音源をDSP検出技術と共に用いて、同様の実数およびリアクタンスのシステム応答を計算することができる。さらに、上述のように、いくつかの態様においては、「高速エッジ」パルス発生器を使用することができ、その場合には、デジタル信号プロセッサ（DSP）技術を利用することができる。
【００９１】
図6は、本明細書に記載の技術に従って故障検出システムを動作させるプロセス600の一態様を示している。プロセス600を、例えば故障検出システム501（図5）などの故障検出システムの2つ以上の構成要素によって実行することができる。プロセス600は、例えば故障検出システムを起動させたときに、ブロック602において開始することができる。フロー電池が動作しているときに、故障検出システムは連続的に動作することができることを理解すべきである。ブロック604において、検出器によって送信されるプローブ信号または刺激信号のための、少なくとも1つの周波数を選択することができる。少なくとも1つの周波数は、周波数範囲であってよい。周波数範囲を、いくつかの異なる方法で選択することができる。周波数範囲についての情報を、中央のコンピュータ（例えば、図5のコンピューティングデバイス550）から受信することができ、あるいは各々の検出器（例えば、図5の検出器530、532）と通信するもしくは各々の検出器に含まれるプロセッサが、周波数範囲を選択してもよい。選択される周波数範囲の値は、以前に使用された周波数範囲の調整値であってよい。ひとたび異常（漏れ）が検出されると、周波数範囲を一時的に狭い範囲へと調整して、距離分解能を向上させることができる。例えば、20MHzで漏れの可能性が検出された場合、周波数ステップ範囲を19.5〜20.5MHzをカバーするように調整することにより、小さなステップまたは遅い掃引速度による分解能の向上をもたらすことができる。
【００９２】
ブロック606において、少なくとも1つの選択された周波数を有するプローブ信号を生成し、適切な信号源によって送信することができる。プローブ信号は、例えば、RF供給源によって送信されるRF信号であってよい。ブロック608において、信号源と各々のセンサとの間に形成される開回路を介してプローブ信号を送信する結果として、少なくとも1つの選択された周波数についての戻り信号を受信することができる。ブロック610において、戻り信号が分析される。例えば、図5を参照すると、検出器530、532およびプロセッサ520、522を使用して、戻り信号を分析することができる。上述のように、システムに漏れが存在すると、センサにおけるリアクタンスまたはインピーダンスの変化ゆえに、戻り信号の特性が変化する。プローブ信号の周波数は既知であるため、どの周波数でインピーダンスの増加または減少（例えば、ピーク）が検出されたのかが分かる。判断ブロック612において、戻り信号の分析に基づいて、漏れを示す異常が戻り信号において検出されたかどうかが判定される。漏れを示す異常が戻り信号において検出されたと判定された場合、ブロック614において、各センサから漏れまでの距離を決定することができる。例えば、故障検出システム501（図5）を参照すると、プロセッサ520、522が距離値を決定し、コンピューティングデバイス550に距離値を提供することができる。上述のように、いくつかの態様において、プロセッサ520、522は、コンピューティングデバイス550の一部であってよい。次に、ブロック616において、決定された距離値を使用して漏れの位置が決定される。次いで、ブロック618において、プロセス600は終了することができる。しかしながら、上述したように、プロセス600は連続的なプロセスであってよく、したがって漏れが検出され、電池システムにおけるその具体的な位置が決定された後に、プロセス600は、図6に（破線で）概略的に示されているようにブロック604に戻ることができる。
【００９３】
戻り信号の分析が、漏れが検出されたことを示さない場合、プロセス600はブロック604に戻り、そこで周波数を選択することができる。ブロック606においてプローブ信号を再び送信するために、同じ周波数を使用してもよいことを、理解すべきである。また、いくつかの場合、以下の例で論じられるように、漏れの可能性を示す地点が検出された場合に、適切に調整された周波数のプローブ信号を送信して、貯蔵コンテナにおける漏れの存在を確認するために使用することができる追加の処理を実行することができる。
【００９４】
上述のように、故障検出システムは、連続的に動作することができる。1つまたは複数の信号源（例えば、RF供給源）が、選択された周波数範囲にわたって繰り返し掃引を行う一方で、検出器が、漏れを指し示すものについて戻り信号を監視することができる。いくつかの態様において、RF周波数の範囲は、約3フィート〜約30フィートの検出範囲に使用することができる約5MHz〜約50MHzであってよい。周波数を、所望の検出範囲に基づいて調整することができる。周波数範囲を、複数の信号源（検出器を含む同じ装置に含まれてよい）が同じ電解質システム上で動作しているとき、1つまたは複数の周波数範囲におけるそれらの掃引が互いに干渉することがないように、選択することができる。例えば、周波数範囲を、ランダム（特定の範囲内であっても、なくてもよい）に選択することができ、干渉を排除するために平均化することができる。別の選択肢として、信号源が動作する周波数を、各々の検出器の受信器帯域幅が他の検出器の信号を互いに隠し、したがって干渉がないような様式で、同期およびオフセットさせることができる。さらに、いくつかの実装形態においては、例えばバラクタ同調フィルタまたは任意の他の同調可能な受信器など、適切な同調可能な受信器が利用される。
【００９５】
いくつかの態様において、RF供給源によって送信されるプローブ信号の周波数は、「低」周波数および「高」周波数という2つの値の間の制御された掃引である。低周波数を、フロー電池システム内の検出を必要とする最も遠い地点に基づいて選択することができ、それは伝播速度に基づく4分の1波長である。簡単のために、RF供給源によって放射された信号の伝播速度が1.0であると仮定すると、5MHzの周波数が60メートルの波長を有する一方で、4分の1波長は15メートルすなわち約45フィートになる。高周波数は、検出可能な最も近い故障地点を決定する。したがって、簡単のために周波数が50MHzであると仮定すると、波長は6メートルになり、4分の1波長は1.5メートルすなわち約4.5フィートになる。
【００９６】
故障検出システムは、例えば、ブロック610（図6）において、いくつかのさまざまな技術を使用して戻り信号を分析することができる。検出器によって取得された情報（戻り信号）は、例えば散乱パラメータなどの位相および大きさの感知であってよい。いくつかの態様において、情報は、散乱パラメータS11を含むことができる。例えば、システム（例えば、検出器または任意の他の構成要素）は、SパラメータS11を検出するように構成された検出ブリッジの出力を監視することができる。例えば、検出器は、SパラメータS11検出するように構成された検出ブリッジを監視することができる。周波数範囲にまたがる各掃引の際に、検出器のプロセッサは、検出ブリッジからの虚数出力が正（誘導性）から負（容量性）へと変化する点を探すことができる。ゼロと交差する点が、検出された漏れまで4分の1波長である。この点が検出されたとき、分解能を改善するために、対象の周波数に近い周波数で掃引を繰り返すことができ、何回かの掃引を実行することができる。いくつかの実装形態においては、測定ノイズを減らすために平均値を使用することができる。
【００９７】
いくつかの態様においては、散乱パラメータS12を使用できるように、2プローブシステムを使用することができる。故障検出を、駆動インピーダンス、ならびに最良の検出可能性のための刺激に使用すべき最適な周波数または周波数範囲の自動決定に使用することができる。散乱パラメータの数学的解析を使用して、貯蔵コンテナの表面全体にわたって存在する分布静電容量と不釣り合いの接地抵抗を特定することができる。時間ドメインへの数学的変換が、感知プローブから故障までの距離の特定を助けることができ、複数のセンサは、この故障の位置までの三角測量を可能にすることができる。
【００９８】
本明細書に記載のとおりのライナ付きの貯蔵コンテナを使用するフロー電池システムにおける故障は、他の適切な手法を使用して検出できることを、理解すべきである。例えば、一態様においては、鋭い立ち上がり時間を有するパルスを伝送線路へと送り、その反射をプロットする計測器である、Tektronixの時間領域反射率計（TDR）を使用することができる。「完全な」伝送線路である場合、パルスは本質的に消失する。異常が存在すると、パルスのエネルギーの一部が反射されて計測器へと戻る。伝送線路の伝播速度が既知である場合（この情報は計測器の製造者から入手可能であるため、典型的には既知である）、異常（例えば、故障）までの距離を決定することが可能であり得る。
【００９９】
フロー電池システムにおいて故障を検出してその位置を特定するために、任意の他の技術を使用できることを、理解すべきである。利用される手法にかかわらず、タンク内の具体的な位置を含むことができる故障または漏れの具体的な位置を特定することができ、したがって漏れを修復するために迅速かつ適切な措置をとることが可能になる。
【０１００】
上述した態様に基づいて、本開示のシステムおよび方法のさらなる特徴および利点を、当業者であれば理解できるであろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲によって示される場合を除き、具体的に図示および説明した内容に限定されるべきではない。本明細書に引用されたすべての刊行物および参考文献は、その全体が参照により本明細書に明確に組み入れられる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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