CN107615541B - 氧化还原液流电池用框体、氧化还原液流电池和电池堆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氧化还原液流电池用框体，所述框体设置有窗部。所述氧化还原液流电池用框体满足表达式A>C、B>D和(B/A)≥0.2，其中A代表包围所述窗部的矩形的长边的长度，B代表对应于所述长边的横向框架的宽度，C代表所述矩形的短边的长度，且D代表对应于所述短边的纵向框架的宽度。

Description

氧化还原液流电池用框体、氧化还原液流电池和电池堆
技术领域
本发明涉及氧化还原液流电池、氧化还原液流电池用框体和电池堆，所述氧化还原液流电池是一种蓄电池。
本申请基于并要求于2016年3月29日提交的日本专利申请2016-066323的优先权，并通过引用将其全部内容并入本文中。
背景技术
蓄电池中的一种是其中通过向电极供应电解液来进行电池反应的氧化还原液流电池(以下称为“RF电池”)。RF电池具有诸如(1)易于提高输出功率以及将容量增加到兆瓦(MW)级；(2)长寿命；(3)能够准确监测电池的充电状态(SOC)；和(4)能够独立地设计电池输出功率和电池容量的高设计自由度，预期是用于稳定电力***的合适蓄电池。
RF电池包括作为主要部件的电池单元，所述电池单元包括向其供应正极电解液的正极、向其供应负极电解液的负极和设置在所述两个电极之间的隔膜。电池单元典型地通过使用电池框架来形成，所述电池框架包括在其上设置电极的双极板和设置在所述双极板的外周上的框体。大容量RF电池使用主要包括层叠体的电池堆，所述层叠体通过将电池框架、一个极性的电极、隔膜和另一个极性的电极以该顺序重复堆叠多次而形成。
层叠体夹在正极供应/排出板和负极供应/排出板之间，并且进一步夹在一对端板之间，所述正极供应/排出板和负极供应/排出板用于向其各自的电极供应未反应的电解液并从其各自的电极排出在电池反应中使用后的电解液。端板用长螺栓和螺母紧固。堆叠状态通过沿堆叠方向作用的紧固力来维持。此外，所述紧固力使得设置在两个相邻框体之间的密封构件能够以流体密封的方式维持框体之间的空间，以防止电解液的泄漏。
专利文献1公开了一种在其中心部分具有矩形窗部的矩形框体，所述框体横向长，且框体外周处的长边长度对短边长度之比(长边/短边)即长宽比超过1。专利文献1还公开了所述框体由一对各自具有窗部的框架片形成，且双极板的周边及其附近夹在框架片的开口周边及其附近之间，随后进行熔接以将双极板和框体一体化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-367658号公报
发明内容
本发明实施方案的氧化还原液流电池用框体具有窗部，其中所述氧化还原液流电池用框体满足表达式A>C、B>D和(B/A)≥0.2，在此A代表包围所述窗部的矩形的长边的长度，B代表所述框体的对应于所述长边的横向框架的宽度，C代表所述矩形的短边的长度，且D代表所述框体的对应于所述短边的纵向框架的宽度。
本发明实施方案的氧化还原液流电池包括氧化还原液流电池用框体。
本发明实施方案的氧化还原液流电池包括：层叠体，其中将所述氧化还原液流电池用框体和设置在所述窗部内的双极板、正极、隔膜和负极以该顺序多次堆叠，并且通过在堆叠方向上施加紧固压力来保持所述堆叠状态；和正极供应/排出板和负极供应/排出板，所述正极供应/排出板和负极供应/排出板与所述层叠体一起堆叠，其中所述层叠体中的所述框体的所述横向框架的外周从所述正极供应/排出板的外周和所述负极供应/排出板的外周突出。
本发明实施方案的电池堆包括氧化还原液流电池用框体。
本发明实施方案的电池堆包括：层叠体，其中将所述氧化还原液流电池用框体和设置在所述窗部内的双极板、正极、隔膜和负极以该顺序多次堆叠，并且通过在堆叠方向上施加紧固压力来保持所述堆叠状态；和正极供应/排出板和负极供应/排出板，所述正极供应/排出板和负极供应/排出板与所述层叠体一起堆叠，其中所述层叠体中的所述框体的所述横向框架的外周从所述正极供应/排出板的外周和所述负极供应/排出板的外周突出。
附图说明
[图1]图1是显示实施方案1的氧化还原液流电池用框体的示意主视图。
[图2]图2包括示意性显示具有实施方案1的氧化还原液流电池用框体的电池单元的分解透视图和示意性显示实施方案1的包括电池单元的电池堆的侧视图。
[图3]图3是实施方案1的氧化还原液流电池的工作原理图。
具体实施方式
[本发明要解决的问题]
期望用于氧化还原液流电池(RF电池)的框体在作用于其的压力下不易发生变形。特别地，在以较高的电解液流量运行RF电池的情况下，也期望框体不易变形。
在长宽比超过1的框体中，长边框架比短边框架长。因此，即使在框体的整个周边的框架宽度均相同的情况下，长边框架的刚性也比短边框架的低。因此，在RF电池运行期间，当电解液流通并且流体压力作用在框体上时，长边框架比短边框架更容易变形。在下述情况下，长边框架尤其易于变形。当框体的变形大时，存在框体可能被损坏的担忧。
(a)在以与电解液流动方向正交的方式配置长边框架的情况下。
由于流体压力易于作用在流动方向上，所以作用在长边框架上的流体压力增加。
(b)在操作期间，在为了提高电池性能等而增加电解液流量的情况下。
响应于电解液流量的增加，流体压力也增加。
(c)在以沿横向方向配置长边框架的方式安装RF电池的情况下。
电解液重量易于施加到长边框架上。
另一方面，使用酸性液体如含有钒离子的硫酸水溶液作为RF电池的电解液。框体与酸性液体接触，因此框体由具有优异耐化学性的树脂如氯乙烯形成。这样的由树脂形成的框体不具有足够的刚性并且当诸如流体压力的应力增加时能够变形。如果为了防止框体发生变形而降低电解液流量，则不能充分满足电解液流量的增加等的要求。
因此，本发明的目的是提供一种不易变形的氧化还原液流电池用框体。本发明的另一个目的是提供一种氧化还原液流电池和电池堆，它们各自包括不易变形的框体。
[本发明的有益效果]
本发明实施方案的氧化还原液流电池用框体不易变形。
在本发明实施方案的氧化还原液流电池和本发明实施方案的电池堆的各个中，框体不易变形。
[本发明实施方案的说明]
首先，下面将列举并说明本发明实施方案的内容。
(1)本发明实施方案的氧化还原液流电池用框体设置有窗部，其中所述氧化还原液流电池用框体满足表达式A>C、B>D和(B/A)≥0.2，在此A代表包围所述窗部的矩形的长边的长度，B代表所述框体的对应于所述长边的横向框架的宽度，C代表所述矩形的短边的长度，且D代表所述框体的对应于所述短边的纵向框架的宽度。
氧化还原液流电池用框体和窗部各自典型地为矩形，但不限于矩形(参考后述的变形例(II))。
根据表达式B>D，即使在氧化还原液流电池用框体的外周和窗部的开口周边两者都是矩形的情况下，氧化还原液流电池用框体的外周和窗部的开口周边彼此也不相似。
根据表达式A>C，窗部具有由横向长的矩形包围的形状，其中由长边长度/短边长度之比(A/C)表示的长宽比超过1。
氧化还原液流电池(RF电池)用框体包括对应于横向长的窗部的长边的横向框架和对应于短边的纵向框架，因此典型地具有被长宽比超过1的横向长的矩形或纵向长的矩形包围的形状。
包围窗部的矩形对应于构成窗部的开口周边中具有最小周长的开口周边。例如，在窗部为矩形的情况下，由构成窗部的开口周边限定的矩形对应于包围窗部的矩形。在窗部具有矩形以外的形状的情况下，包围窗部的矩形对应于包围构成窗部的开口周边的最小矩形。
横向框架的宽度被定义为从包围窗部的矩形的长边到横向框架的外周的最大距离。例如，在窗部为矩形的情况下，横向框架的宽度对应于从由开口周边限定的矩形的长边到横向框架的外周的最大距离。
纵向框架的宽度被定义为从包围窗部的矩形的短边到纵向框架的外周的最大距离。例如，在窗部为矩形的情况下，纵向框架的宽度对应于从由开口周边限定的矩形的短边到纵向框架的外周的最大距离。
对于横向长的窗部，横向框架的宽度B大于纵向框架的宽度D，并且宽度B对窗部的长边的长度A之比为0.2以上。因此，横向框架是宽的。在RF电池用框体中，由于横向框架是宽的，所以例如即使在与横向框架的长度方向正交的方向上受到应力时，横向框架也不易变形。在将这种RF电池用框体用于RF电池的情况下，即使当以与电解液流动方向正交的方式配置横向框架、在运行期间电解液流量增大、或以沿横向方向配置横向框架的方式安装RF电池(下文中，称作“横向安装”)时，RF电池用框体也不易变形。因此，RF电池用框体能够用于构造具有优异耐压性的RF电池。
(2)作为RF电池用框体的实例，优选满足式(D/C)≥0.2的实施方案。
在上述实施方案中，纵向框架的宽度D对短边的长度C之比为0.2以上。因此，纵向框架是宽的。因此，即使在短边的长度C的绝对值大的情况下，纵向框架也不易变形。在上述实施方案中，横向框架和纵向框架两者都不易变形，且整体上不易发生变形。
(3)作为RF电池用框体的一个实例，优选如下实施方案：氧化还原液流电池用框体和窗部各自为矩形，并满足式L>H，其中L代表氧化还原液流电池用框体中包括横向框架的长边的长度，且H代表包括纵向框架的短边的高度。在本实施方案中，横向框架具有整体上均一的宽度B，并且纵向框架具有整体上均一的宽度D。
在上述实施方案中，根据表达式L>H，由长边长度/短边高度之比(L/H)表示的长宽比大于1的横向长的矩形框体设置有横向长的矩形窗部。因此，在上述实施方案中，尽管横向框架具有易于变形的形状，但由于横向框架的宽度B宽，因此不易发生变形。
(4)作为RF电池用框体的一个实例，优选如下实施方案：横向框架具有通孔，通过所述通孔***紧固轴。紧固轴典型地延伸穿过多个堆叠的框体，并用于保持堆叠状态。
横向框架宽并且具有足够的用于形成通孔的区域。当通过***其中框体被堆叠的层叠体中来配置紧固轴时，紧固轴能够用作增强构件，并且可以增强横向框架的刚性。此外，横向框架的位移由紧固轴调节。基于这些原因，在上述实施方案中，更不易发生变形。此外，由于框体具有通孔，所以横向框架设置有用于形成通孔的区域，因此不需要增加端板的尺寸。因此，在上述实施方案中，不易发生变形，并且可以构造小型RF电池。
(5)根据本发明实施方案的氧化还原液流电池(RF电池)包含上述项(1)～(4)中任一项的氧化还原液流电池用框体。
RF电池包括RF电池用框体，所述RF电池用框体即使在受到诸如流体压力的应力时也不易变形。因此，在RF电池中，即使当以与电解液流动方向正交的方式配置横向框架、在运行期间电解液流量增加、或横向地安装RF电池时，RF电池用框体也不易变形，并且显示出优异的耐压性。
(6)根据本发明实施方案的氧化还原液流电池(RF电池)包含：层叠体，其中将项(1)～(4)中任一项的氧化还原液流电池用框体和设置在所述窗部内的双极板、正极、隔膜和负极以该顺序多次堆叠，并且通过在堆叠方向上施加紧固压力来保持所述堆叠状态；和正极供应/排出板和负极供应/排出板，所述正极供应/排出板和负极供应/排出板与所述层叠体一起堆叠，其中所述层叠体中的所述框体的所述横向框架的外周从所述正极供应/排出板的外周和所述负极供应/排出板的外周突出。
设置在RF电池中的层叠体包含RF电池用框体，所述RF电池用框体即使在受到诸如流体压力的应力时也不易变形。因此，在RF电池中，即使当以与电解液流动方向正交的方式配置横向框架、在运行期间电解液流量增加、或横向地安装RF电池时，RF电池用框体也不易变形，并且显示出优异的耐压性。此外，设置在RF电池中的正极供应/排出板和负极供应/排出板位于宽横向框架的外周的内侧，因此RF电池是小型化的。因此，所述RF电池比包含各自具有与RF电池用框体的外部尺寸相同的外部尺寸的正极供应/排出板和负极供应/排出板的RF电池轻。
(7)根据本发明实施方案的电池堆包含根据项(1)～(4)中任一项的氧化还原液流电池用框体。
由于电池堆包含RF电池用框体，所述框体即使在与横向框架的长度方向正交的方向上受到应力时也不易变形，因此可以构造具有优异耐压性的RF电池。
(8)根据本发明实施方案的电池堆包含：层叠体，其中将项(1)～(4)中任一项的氧化还原液流电池用框体和设置在所述窗部内的双极板、正极、隔膜和负极以该顺序多次堆叠，并且通过在堆叠方向上施加紧固压力来保持所述堆叠状态；和正极供应/排出板和负极供应/排出板，所述正极供应/排出板和负极供应/排出板与所述层叠体一起堆叠，其中所述层叠体中的所述框体的所述横向框架的外周从所述正极供应/排出板的外周和所述负极供应/排出板的外周突出。
由于设置在电池堆中的层叠体包含即使在与横向框架的长度方向正交的方向上受到应力时也不易变形的RF电池用框体，因此可以构造具有优异耐压性的RF电池。此外，设置在电池堆中的正极供应/排出板和负极供应/排出板位于宽的横向框架的外周的内侧，因此电池堆是小型化的。因此，能够使用所述电池堆构造比包含各自具有与RF电池用框体的外部尺寸相同的外部尺寸的正极供应/排出板和负极供应/排出板的RF电池轻的RF电池。
[本发明的实施方案的详细说明]
下面参考附图对本发明实施方案的具体实例进行说明。在附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
[实施方案1]
首先，对实施方案1的氧化还原液流电池(RF电池)10的概要进行说明，然后对各构件进行详细说明。
在图3中，显示在正极槽16和负极槽17内的离子是其各电极的电解液中所含有的离子种类的一例。在图3中，实线箭头表示充电，且虚线箭头表示放电。
(RF电池概述)
如图3所示，实施方案1的RF电池10包含电池单元10C和向电池单元10C循环供应电解液的循环机构。典型地，RF电池10通过交流/直流转换器400、变压设备410等连接到发电单元420和诸如电力***或用户的负载440，使用发电单元420作为电力供应源实施充电，并向作为电力供应目标的负载440进行放电。发电单元420的实例包括太阳能发电设备、风力发电设备和其它一般发电厂。
(RF电池的基本构造)
·电池单元
电池单元10C包含被供应正极电解液的正极14、被供应负极电解液的负极15、和设置在正极14与负极15之间的隔膜11。
正极14和负极15各自为被供应包含活性物质的电解液并且其中活性物质(离子)引起电池反应的反应场所，并使用诸如碳材料的纤维集合体的多孔体。典型地，正极14和负极15是矩形的(图2)。
隔膜11是将正极14和负极15相互隔开的构件，且也是允许特定离子透过的构件。使用离子交换膜等。
·电池框架
电池单元10C通过使用图2所示的电池框架20来构造。
电池框架20包括双极板21和设置在双极板21的周边部的框体22。
双极板21具有设置在其一个面上的正极14和设置在其另一个面上的负极15，并且是传导电流但不允许电解液流过的导电构件。使用包含石墨等和有机材料的导电性塑料板等作为双极板21。双极板21典型地为矩形(图2)。
框体22设置有窗部22w。双极板21、正极14和负极15配置在窗部22w的内侧。框体22是设置有将电解液供应到正极14和负极15的供应通道和从正极14和负极15排出电解液的排出通道的绝缘构件。供应通道包括液体供应孔24i和25i、从液体供应孔24i和25i延伸到窗部22w的狭缝等。排出通道包括液体排出孔24o和25o、从窗部22w延伸到液体排出孔24o和25o的狭缝等。
该例的框体22设置有密封槽250(图1)。密封槽250围绕窗部22w并且设置在液体供应孔24i和25i以及液体排出孔24o和25o的外侧。诸如O形圈的密封构件50装配在密封槽250中，并且***相邻的框体22之间。图1显示了框体22的实例，所述框体22围绕矩形窗部22w并且在液体供应孔24i和25i以及液体排出孔24o和25o外部设置有矩形密封槽250。
·电池堆
尽管图3显示了包含单个电池单元10C的单单元电池，但是本实施方案的RF电池10是包含多个电池单元10C的多单元电池。在多单元电池中，使用图2所示的称为电池堆30的结构。
电池堆30通常包含：层叠体，其中包括框体22和双极板21的电池框架20、正极14、隔膜11和负极15以该顺序多次堆叠；正极供应/排出板34；负极供应/排出板35；设置在层叠体的端部的一对端板32；和在端板32之间延伸的紧固构件，其实例包括紧固轴33如长螺栓、和螺母。将正极供应/排出板34和负极供应/排出板35以夹住层叠体的方式堆叠，将端板32以夹住得到的层叠体的方式配置，并用紧固构件进行一体化。
正极供应/排出板34和负极供应/排出板35连接到它们各自的由多个堆叠的电池框架20的液体供应孔24i和25i以及液体排出孔24o和25o形成的电解液流动管道。
正极供应/排出板34向正极14供应正极电解液并从正极14排出正极电解液。
负极供应/排出板35向负极15供应负极电解液并从负极15排出负极电解液。
当用紧固构件对端板32之间进行紧固时，通过作用在堆叠方向上的紧固压力来保持层叠体的堆叠状态。堆叠方向上的紧固力对设置在框体22之间的密封构件50进行压制，并且以不漏液的方式保持框体22之间的空间。
如图2所示，可以以使得特定数量的电池单元10C构成子电池堆300并且堆叠多个(图2中为两个)子电池堆300的方式使用电池堆30。典型地，各个子电池堆300设置有正极供应/排出板34和负极供应/排出板35。
关于位于子电池堆300或电池堆30中的电池单元10C的堆叠方向上的两端的电池框架，使用其中各自配置了集电板(未示出)代替双极板21的电池框架。
·循环机构
如图3所示，循环机构包括：正极槽16，其储存循环供应到正极14的正极电解液；负极槽17，其储存循环供应到负极15的负极电解液；连接正极槽16与电池单元10C(电池堆30)之间的管162和164；连接负极槽17与电池单元10C(电池堆30)之间的管172和174；以及分别设置在向电池单元10C的供应侧的管162和172上的泵160和170。管162和164连接到正极供应/排出板34，且管172和174连接到负极供应/排出板35。
关于RF电池10的基本构造、材料、电解液等，能够适当使用已知的构造、材料、电解液等。
实施方案1的RF电池10和实施方案1的电池堆30的特征各自在于，包含具有实施方案1的特定形状的框体22。具体地，设置在框体22中的窗部22w具有被横向长的或纵向长的矩形包围的形状。在该例中，如图1所示，窗部22w是横向长的矩形。在框体22中，窗部22w中长边的长度对对应于所述长边的横向框架22A的宽度之比满足特定范围。
具体地，如图1所示，框体22具有满足表达式A>C、B>D和(B/A)≥0.2的形状，其中A代表包围窗部22w的矩形的长边的长度，B代表对应于长边的横向框架22A的宽度，C代表矩形的短边的长度，且D代表对应于短边的纵向框架22C的宽度。该例的框体22具有矩形形状，其中横向框架22A具有整体上均一的宽度B，纵向框架22C具有整体上均一的宽度D，并且连接横向框架22A和纵向框架22C的角部是长度B×长度D的矩形。
主要参考图1对实施方案1的框体22进行详细说明。
(框体)
该例的框体22在其中央部具有窗部22w，所述窗部22w从框体22的前表面到后表面穿过所述框体22。在该例中，通过将双极板21嵌入到窗部22w中，构成电池框架20(参考图2右侧的框体22)。双极板21与框体22之间的紧密接触状态通过上述紧固力来维持。
框体22以能够支撑双极板21的方式形成。具体地，框体22的形成窗部22w的部分具有高度差，其中一个面(图1中的前表面；图2中的右表面)处于比另一个面高的水平处。在窗部22w的较高水平侧的开口周边(上周边22u)是与矩形双极板21相对应的矩形。该例的较低水平部220的开口周边(最内周边22i)具有比双极板21的最大外形小的矩形形状。矩形框架形式的较低水平部220支撑嵌入到窗部22w中的双极板21的周边。
由于存在如上所述的高度差，所以设置在框体22的一个面上的上周边22u的周长与设置在另一个面的最内周边22i的周长不同。最内周边22i的周长较短。
在该例中，由于窗部22w是矩形的，所以包围窗部22w的矩形的长边的长度A和矩形的短边的长度C分别对应于由构成窗部22w的开口周边中的最内周边22i形成的矩形的长边的长度和短边的长度。
横向框架22A是具有最内周边22i的长边作为边的矩形区域，且其宽度B对应于从最内周边22i的长边到横向框架22A的外周222的距离。
纵向框架22C是具有最内周边22i的短边作为边的矩形区域，且其宽度D对应于从最内周边22i的短边到纵向框架22C的外周的距离。
此外，在该例的框体22中，当包括横向框架22A的长边的长度由L(＝A+2D)表示并且包括纵向框架22C的短边的高度由H(＝C+2B)表示时，长度L大于高度H(L>H)。因此，该例的框体22满足表达式(横向框架22A的宽度B)>(纵向框架22C的宽度D)，并具有长宽比(长度L/高度H)超过1的横向长的矩形形状。
·横向框架
框体22满足(横向框架22A的宽度B)/(窗部22w的长边的长度A)之比为0.2以上的要求。定性地，横向框架22A相对于横向长的窗部22w的长边是宽的。在满足表达式(B/A)≥0.2的框体22中，特别地即使在与横向框架22A的长度方向正交的方向(图1中的上下方向)受到应力时，与(B/A)小于0.2的框体相比，横向框架22A的位移小且不易发生变形。其原因将通过认为框体22的位移等于在均匀分布负载下固定在两端处的梁的偏转量σ而在下面进行说明。
根据梁的偏转公式，
偏转量σ＝(w×l4)/(384×E×I)，
其中w是分布负载，l是梁的长度，E是梁的杨氏模量，且I是几何惯性矩。
几何惯性矩I能够写为I＝(b×h3)/12，其中b是梁的宽度，且h是梁的高度。
当将“分布负载w”读作“作用在框体22上的应力”、将“梁的长度l”读作“窗部22w的长边的长度A”、将“梁的杨氏模量E”读作“框体22的构成材料的杨氏模量”、将“梁的宽度b”读作“框体22的厚度”、并将“梁的高度h”读作“框体22的横向框架的宽度B”时，并且当将表示几何惯性矩的公式代入梁的偏转公式中时，框体22的位移(偏转量σ)与横向框架22A的宽度B的立方成反比。
例如，考虑如下所示的现有的矩形框体(以下称为“现有框体”)。在窗部的长边的长度A为900mm且横向框架的宽度B为100mm的情况下，现有框体的(B/A)值为100/900，即0.11。
当(B/A)值设定为0.2时的偏转量相对于现有框体的偏转量为小于20％(约17％)。
因此，在实施方案1的框体22中，即使在与横向框架22A的长度方向正交的方向上受到应力时，与现有框体相比，横向框架22A的位移仍是小的且不易发生变形。
接下来，将对调整横向框架22A的宽度B的原因进行说明。
梁的弯曲矩M能够通过使用分布负载w和梁的长度l而写为
M＝(w×l2)/12。
当将“梁的长度l”读作“窗部22w的长边的长度A”或“窗部22w的短边的长度C”时，A>C，因此，横向框架22A的弯曲矩大于纵向框架22C的弯曲矩。因此，对应于窗部22w的长边的横向框架22A比对应于短边的纵向框架22C更容易朝向框体22的外侧变形。
随着(B/A)值的增大，即使经受应力时横向框架22A的位移也更小且也更不容易发生变形。特别地，当(B/A)值为0.24以上、0.3以上、0.33以上或0.35以上时，即使长度A的绝对值大时横向框架22A也不易变形。当(B/A)值过大时，框体22过大，导致RF电池10的尺寸增大。从减小RF电池10的尺寸的观点考虑，(B/A)值优选为0.45以下、0.4以下或0.38以下。根据梁的偏转公式，横向框架22A的位移(偏转量)与长度A的绝对值的四次方成比例地增加。因此，在长度A的绝对值为500mm以上、600mm以上或700mm以上时，优选满足表达式(B/A)≥0.2。
对于不满足表达式(B/A)≥0.2的框体即(B/A)<0.2的框体，当横向框架的宽度增加至1.25倍以上时，根据梁的偏转公式，框体的位移减小到约1/2以下，并且横向框架的变形可以减小到大约一半以下。通过以这种方式改变尺寸，能够充分减小横向框架的变形。例如，关于窗部的长边的长度A为900mm且横向框架的宽度B为100mm的现有框体，通过将横向框架的宽度B设定为125mm以上，横向框架的位移能够减小到现有框体的位移的约1/2以下。此外，当将横向框架的宽度B设定为180mm以上并且满足表达式(B/A)≥0.2时，横向框架的位移能够减小到小于现有框体的位移的1/5。
·纵向框架
此外，该例的框体22满足以下要求：(纵向框架22C的宽度D/窗部22w的短边的长度C)之比为0.2以上((D/C)≥0.2)。定性地，纵向框架22C相对于窗部22w的短边是宽的。
纵向框架22C的长度C小于横向框架22A的长度A(A>C)，并且如上所述，纵向框架22C比横向框架22A更不易变形。然而，根据表示弯曲矩的公式，当长度C的绝对值增加时，纵向框架22C也变得易于变形。在满足表达式(D/C)≥0.2的框体22中，特别地，即使在与纵向框架22C的长度方向正交的方向(图1中的左右方向)上受到应力时，与(D/C)小于0.2的框体相比，纵向框架22C的位移小且不容易发生变形，。由于满足表达式(D/C)≥0.2，所以即使当长度C的绝对值大时，纵向框架22C也不易变形。关于限制上限0.2的原因，参考关于(B/A)的上述说明。此外，根据梁的偏转公式，在长度C的绝对值为200mm以上、250mm以上或300mm以上的情况下，优选满足表达式(D/C)≥0.2。
随着(D/C)值的增加，即使经受应力时纵向框架22C的位移也更小且也更不容易发生变形。当(D/C)值为0.25以上、0.3以上、0.35以上、0.4以上或0.5以上时，即使长度C的绝对值大时纵向框架22C也不易变形。过大的(D/C)值导致如上所述的RF电池10的尺寸增加。因此，(D/C)值优选为0.6以下、0.57以下或0.53以下。
·其它构造
此外，该例的框体22包括向其中***紧固轴33的通孔233。在该例中，除了横向框架22A之外，纵向框架22C也设置有多个通孔233。此外，框体22的角部分别设置有通孔233。
能够适当地选择通孔233的数量、布置位置、尺寸、形状等。
随着通孔233的数量的增加，通过经由***到通孔233中而配置的紧固轴33来增强横向框架22A和纵向框架22C，并通过紧固轴33来调节横向框架22A和纵向框架22C向外的位移。因此，框体22变得不易变形，这是优选的。
通孔233能够相对于各个横向框架22A和纵向框架22C均匀布置。或者，通过在各个横向框架22A和纵向框架22C中更容易变形的部分(例如，长度方向上的中央部)设置较大数量的通孔233，能够局部地提高刚性。
或者，可以在更易变形的部分设置较大的通孔233，使得能够通过***来配置更粗的紧固轴33。
在设置多个通孔233的情况下，它们能够具有不同的形状和尺寸。横向框架22A中的通孔233能够与纵向框架22C中的通孔233具有不同的通孔形状、尺寸或数量。
通孔233的形状根据相应的紧固轴33来选择。尽管图1和图2中通孔233是与圆棒状紧固轴33对应的圆形孔，但通孔的形状能够适当地改变为诸如四边形或六边形的多边形、或椭圆形。
通孔233设置在比形成有密封槽250的位置更靠近框体22外周的区域中。在包括框体22的RF电池10或电池堆30中，配置在密封槽250中的密封构件50的内侧区域对应于填充电解液的区域。通过在更靠近外周的区域设置通孔233，通过***通孔233中而配置的紧固轴33基本上不与电解液接触。因此，即使紧固轴33由能够溶解在酸性电解液中的金属制成，仍能够使用它们。
·厚度
随着框体22的厚度的增加，刚性提高并且不易发生变形(参考上述表示几何惯性矩的公式中的“梁的宽度b”)。然而，当厚度过大时，框体22的尺寸增加，导致RF电池10的尺寸增加。此外，框体22的厚度在紧固力施加到层叠体的状态下来调节正极14、双极板21和负极15的总厚度。因此，优选以使得三个部件的总厚度满足预定值并且不会引起尺寸增加的方式选择框体22的厚度。
·构成材料
作为框体22的构成材料，能够适当地使用绝缘性能优异、不与电解液反应并具有耐电解液性(耐化学性、耐酸性等)的材料。此外，当构成材料具有适度的刚性时，能够得到不易变形的框体22。构成材料的具体优选实例包括氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等。
(双极板)
该例的双极板21是平板状构件，且其周边设置在窗部22w的较低水平部220处。通过在双极板21与较低水平部220之间***密封构件(未示出)，能够以流体密封的方式保持双极板21的一个面侧与另一个面侧之间的空间。
双极板21的构成材料为如上所述。双极板21的厚度能够适当选择。随着双极板21的厚度的增加，能够显示出优异的刚性和强度。随着双极板21的厚度的减小，能够减小框体22的厚度，从而能够减小层叠体的尺寸。
(供应/排出板)
如图2所示，设置在该例的RF电池10和电池堆30中的正极供应/排出板34和负极供应/排出板35比框体22小并且具有与框体22的外形不同的外形。
假定根据现有技术正极供应/排出板34和负极供应/排出板35各自具有与框体22相同的外形和尺寸。实施方案1的框体22如上所述是宽且相对大的。因此，如果正极供应/排出板34和负极供应/排出板35各自的外形以对应于框体22的外形的方式增加，则RF电池10和电池堆30各自的尺寸和重量将增加。因此，该例的正极供应/排出板34和负极供应/排出板35各自具有使层叠体中的框体22的横向框架22A的外周222从正极供应/排出板34的外周342和负极供应/排出板35的外周352突出的形状和尺寸。
该例的正极供应/排出板34和负极供应/排出板35各自为长度与框体22的长度L相同且高度H45小于框体22的高度H的横向长的矩形。当正极供应/排出板34和负极供应/排出板35与层叠体堆叠时，以外周342和352位于层叠体中框体22的横向框架22A的外周222的内侧的方式设置高度H45。在该例中，外周342和352位于设置在构成层叠体的框体22的横向框架22A中的通孔233的内侧和框体22上的密封构件50的外侧。因此，在图2所示的电池堆30中，配置在框体22的长边侧的紧固轴33布置在正极供应/排出板34和负极供应/排出板35的上侧和下侧。布置正极供应/排出板34和负极供应/排出板35的部分局部凹进。
此外，当正极供应/排出板34和负极供应/排出板35与层叠体堆叠时，正极供应/排出板34和负极供应/排出板35各自的短边侧的区域与框体22的短边侧的区域实质上齐平。因此，正极供应/排出板34和负极供应/排出板35各自在短边区域中在与框体22的通孔233重叠的位置处具有通孔。由于通过***通孔来配置紧固轴33，所以正极供应/排出板34和负极供应/排出板35相对于层叠体对齐，且不易发生偏移。
(优点)
在实施方案1的框体22中，对应于横向长的窗部22w的长边的横向框架22A的宽度B对窗部22w的长边的长度A之比为0.2以上，因此，横向框架22A是宽的。因此，即使在与横向框架22A的长度方向正交的方向上受到应力时，例如受到使窗部22w的长边向外拉伸的应力时，横向框架22A也不易变形。在该例中，尽管存在框体22也是横向长的矩形且横向框架22A与纵向框架22C相比易于变形的事实，但是横向框架22A不易变形。
特别地，在该例的框体22中，纵向框架22C的宽度D对窗部22w的短边的长度C之比为0.2以上，因此纵向框架22C是宽的。因此，纵向框架22C也不易变形。因此，框体22整体上不易变形。
此外，在该例的框体22中，在横向框架22A中设置用于紧固轴33的通孔233，并且通过***来配置紧固轴33。这提供了增强，并且调节向外的位移。因此，也不易发生变形。在该例中，不仅横向框架22A、而且纵向框架22C也设置有通孔233。框体22整体上用紧固轴33增强，并且对向外的位移进行调节。因此，不易发生变形。
在包括实施方案1的不易变形的框体22的实施方案1的RF电池10中，即使在操作期间受到诸如因电解液流动而产生的流体压力的应力时，框体22也不易变形，并且表现出优异的耐压性。此外，在实施方案1的RF电池10中，即使当以横向框架22A与电解液流动方向正交的方式配置框体22时、或横向安装RF电池10时，框体22仍不易变形。实施方案1的电池堆30能够用于构造如上所述的框体22不易变形的RF电池10。
此外，虽然该例的RF电池10和电池堆30各自包含含有相对大的框体22的层叠体，但通过以比层叠体小的方式形成正极供应/排出板34和负极供应/排出板35能够实现重量的减轻。
[变形例]
能够对实施方案1完成至少一种如下变化：
(I)满足表达式(D/C)<0.2。
(II)框体22和窗部22w形成为矩形以外的形状。
形状可以例如为具有圆角部的矩形、通过将矩形与半圆弧组合形成的跑道形状、或椭圆形，并且优选满足如下表述：包围该形状的矩形的长边的长度A>矩形的短边的长度C。
(III)仅横向框架22A或仅纵向框架22C设置有通孔233。
当易于变形的横向框架22A设置有通孔233时，如上所述，横向框架22A不易变形，这是优选的。
(IV)省略通孔233。
(V)正极供应/排出板34和负极供应/排出板35各自的长度被设定为小于框体22的长度L，且正极供应/排出板34和负极供应/排出板35的通孔被省略。
例如，当正极供应/排出板34和负极供应/排出板35堆叠在层叠体上时，可以以使得正极供应/排出板34和负极供应/排出板35的短边侧的外周位于设置在纵向框架22C中的通孔233的内侧和框体22上的密封构件50的外侧的方式调节正极供应/排出板34和负极供应/排出板35各自的长度。
(VI)框体22包括一对各自具有窗部的框架片，且双极板21的周边夹在框架片的开口周边与其附近之间。通过如实施方案1中的紧固力来维持该形式。其中嵌入双极板21的周边的凹进能够设置在各个框架片中用于夹住双极板21的表面中的开口周边的附近。
本发明不限于上示实例，而是由所附权利要求书来限定，并且旨在包括与权利要求书等同的含义和范围内的所有变体。
标号说明
10 氧化还原液流电池(RF电池)
10C 电池单元
11 隔膜
14 正极
15 负极
16 正极槽
17 负极槽
160、170 泵
162、164、172、174 管
20 电池框架
21 双极板
22 框体
22A 横向框架
22C 纵向框架
22w 窗部
222 外周
22u 上周边
22i 最内周边
24i、25i 液体供应孔
24o、25o 液体排出孔
220 较低水平部
233 通孔
250 密封槽
30 电池堆
300 子电池堆
32 端板
33 紧固轴
34 正极供应/排出板
35 负极供应/排出板
342、352 外周
50 密封构件
A 长边的长度
B 横向框架的宽度
C 短边的长度
D 纵向框架的宽度
L 框体的长度
H 框体的高度
400 交流/直流转换器
410 变压设备
420 发电装置
440 负载

Claims (8)

1.一种氧化还原液流电池用框体，其包括窗部，其中，
所述氧化还原液流电池用框体满足表达式A>C、B>D和(B/A)≥0.2，
在此，A代表包围所述窗部的矩形的长边的长度，B代表所述框体的对应于所述长边的横向框架的宽度，C代表所述矩形的短边的长度，且D代表所述框体的对应于所述短边的纵向框架的宽度，且
所述氧化还原液流电池用框体满足表达式(D/C)≥0.2。
2.根据权利要求1所述的氧化还原液流电池用框体，其中，
所述氧化还原液流电池用框体和所述窗部各自为矩形，且所述氧化还原液流电池用框体满足表达式L>H，
在此，L代表所述氧化还原液流电池用框体中包括所述横向框架的所述长边的长度，且H代表包括所述纵向框架的所述短边的高度。
3.根据权利要求1所述的氧化还原液流电池用框体，其中，
所述横向框架具有通孔，通过所述通孔***紧固轴。
4.根据权利要求2所述的氧化还原液流电池用框体，其中，
所述横向框架具有通孔，通过所述通孔***紧固轴。
5.一种氧化还原液流电池，其包含权利要求1～4中任一项所述的氧化还原液流电池用框体。
6.一种氧化还原液流电池，其包含：
层叠体，其中将权利要求1～4中任一项所述的氧化还原液流电池用框体和设置在所述窗部内的双极板、正极、隔膜和负极以该顺序多次堆叠，并且通过在堆叠方向上施加紧固压力来保持所述堆叠状态；和
正极供应/排出板和负极供应/排出板，所述正极供应/排出板和负极供应/排出板与所述层叠体一起堆叠，
其中所述层叠体中的所述框体的所述横向框架的外周从所述正极供应/排出板的外周和所述负极供应/排出板的外周突出。
7.一种电池堆，其包含权利要求1～4中任一项所述的氧化还原液流电池用框体。
8.一种电池堆，其包含：
层叠体，其中将权利要求1～4中任一项所述的氧化还原液流电池用框体和设置在所述窗部内的双极板、正极、隔膜和负极以该顺序多次堆叠，并且通过在堆叠方向上施加紧固压力来保持所述堆叠状态；和
正极供应/排出板和负极供应/排出板，所述正极供应/排出板和负极供应/排出板与所述层叠体一起堆叠，
其中所述层叠体中的所述框体的所述横向框架的外周从所述正极供应/排出板的外周和所述负极供应/排出板的外周突出。
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