JP2018037135A - Redox flow battery operation method, and redox flow battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、瞬時電圧低下対策・停電対策や負荷平準化などに用いられるレドックスフロー電池の運転方法、およびレドックスフロー電池に関するものである。 The present invention relates to a method for operating a redox flow battery used for measures against instantaneous voltage drop, power failure, load leveling, and the like, and a redox flow battery.
太陽光発電や風力発電といった新エネルギーを蓄電する大容量の蓄電池の一つに電解液循環型電池、代表的にはレドックスフロー電池(RF電池)がある。RF電池は、正極用電解液に含まれるイオンと負極用電解液に含まれるイオンの酸化還元電位の差を利用して充放電を行う電池である(例えば、特許文献1参照)。図14のRF電池αの動作原理図に示すように、RF電池αは、水素イオンを透過させる隔膜101で正極部102と負極部103とに分離された電池セル100を備える。正極部102には正極電極104が内蔵され、かつ正極用電解液を貯留する正極用タンク106が正極用往路管108と正極用復路管110を介して接続されている。正極用往路管108にはポンプ(正極用送液装置)112が設けられており、これら部材106,108,110,112によって正極用電解液を循環させる正極用循環機構100Pが構成されている。同様に、負極部103には負極電極105が内蔵され、かつ負極用電解液を貯留する負極用タンク107が負極用往路管109と負極用復路管111を介して接続されている。負極用往路管109にはポンプ(負極用送液装置)113が設けられており、これらの部材107,109,111,113によって負極用電解液を循環させる負極用循環機構100Nが構成されている。各タンク106,107に貯留される電解液は、充放電の際にポンプ112,113によりセル102,103内に循環される。充放電を行なわない場合、ポンプ112,113は停止され、電解液は循環されない。
One of large-capacity storage batteries that store new energy such as solar power generation and wind power generation is an electrolyte circulation type battery, typically a redox flow battery (RF battery). An RF battery is a battery that charges and discharges using a difference in redox potential between ions contained in a positive electrode electrolyte and ions contained in a negative electrode electrolyte (see, for example, Patent Document 1). As shown in the operational principle diagram of the RF battery α in FIG. 14, the RF battery α includes a
上記電池セル100は通常、図15に示すような、セルスタック200と呼ばれる構造体の内部に複数積層される。セルスタック200は、サブスタック200sと呼ばれる積層構造物をその両側から二枚のエンドプレート210,220で挟み込み、締付機構230で締め付けることで構成されている(図示する構成では、複数のサブスタック200sを用いている)。サブスタック200sは、図15の上図に示すように、セルフレーム120、正極電極104、隔膜101、負極電極105、およびセルフレーム120で構成されるセルユニットを複数積層し、その積層体を給排板190,190(図15の下図参照)で挟み込んだ構成を備える。セルユニットに備わるセルフレーム120は、貫通窓を有する枠体122と貫通窓を塞ぐ双極板121とを有しており、双極板121の一面側には正極電極104が接触するように配置され、双極板121の他面側には負極電極105が接触するように配置される。この構成では、隣接する各セルフレーム120の双極板121の間に一つの電池セル100が形成されることになる。
A plurality of the
サブスタック200sにおける給排板190,190を介した電池セル100への電解液の流通は、枠体122に形成される給液用マニホールド123,124と、排液用マニホールド125,126により行われる。正極用電解液は、給液用マニホールド123から枠体122の一面側(紙面表側)に形成される入口スリットを介して正極電極104に供給され、枠体122の上部に形成される出口スリットを介して排液用マニホールド125に排出される。同様に、負極用電解液は、給液用マニホールド124から枠体122の他面側(紙面裏側)に形成される入口スリット(点線で示す)を介して負極電極105に供給され、枠体122の上部に形成される出口スリット(点線で示す)を介して排液用マニホールド126に排出される。各セルフレーム120間には、Oリングや平パッキンなどの環状のシール部材127が配置され、サブスタック200sからの電解液の漏れが抑制されている。
Distribution of the electrolyte solution to the
サブスタック200sに備わる電池セル100と外部機器との間の電力の入出力は、導電性材料で構成された集電板を用いた集電構造によって行われる。集電板は、各サブスタック200sにつき一対設けられており、各集電板はそれぞれ、積層される複数のセルフレーム120のうち、積層方向の両端に位置するセルフレーム120の双極板121に導通されている。
Input / output of electric power between the
レドックスフロー電池の運用上、セルスタック内の正極電解液の圧力、および負極電解液の圧力のいずれか一方を他方よりも高くしたいというニーズがある。さらに本発明者らの検討によれば、両電解液の循環を停止する際も、一方の電解液の圧力が他方の電解液の圧力よりも高い状態を維持することが好ましいとの知見が得られた。なお、いずれの圧力を高くするかについてはケースバイケースである。 In operation of the redox flow battery, there is a need to make one of the pressure of the positive electrode electrolyte and the pressure of the negative electrode electrolyte in the cell stack higher than the other. Furthermore, according to the study by the present inventors, it was found that it is preferable that the pressure of one electrolyte is maintained higher than the pressure of the other electrolyte even when the circulation of both electrolytes is stopped. It was. Note that which pressure is to be increased is case by case.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、正負の電解液の循環から停止までの間、セルスタック内の正極電解液の圧力、および負極電解液の圧力のいずれか一方を他方よりも高くすることができるレドックスフロー電池の運転方法、およびレドックスフロー電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and one of its purposes is the pressure of the positive electrode electrolyte in the cell stack and the pressure of the negative electrode electrolyte during the period from the circulation of the positive and negative electrolytes to the stop. An object of the present invention is to provide a redox flow battery operating method and a redox flow battery in which any one of the above can be made higher than the other.
本発明の一形態に係るレドックスフロー電池の運転方法は、正極電極、負極電極、および隔膜を有する電池セルを複数積層したセルスタックに、正極用循環機構を用いて正極電解液を循環させると共に、負極用循環機構を用いて負極電解液を循環させるレドックスフロー電池の運転方法である。このレドックスフロー電池の運転方法では、前記正極電解液と前記負極電解液を前記セルスタックに循環させる際、一方の電解液の循環量を他方の電解液の循環量よりも多くして、前記隔膜に作用する前記一方の電解液の圧力を、前記隔膜に作用する前記他方の電解液の圧力よりも大きくした差圧状態とし、前記正極電解液と前記負極電解液の循環量を減少させ、両電解液の循環を停止する際にも、前記一方の電解液の循環量を前記他方の電解液の循環量よりも多くして、前記差圧状態を維持する。 A method for operating a redox flow battery according to an aspect of the present invention is to circulate a positive electrode electrolyte using a positive electrode circulation mechanism in a cell stack in which a plurality of battery cells having a positive electrode, a negative electrode, and a diaphragm are stacked, This is a method for operating a redox flow battery in which a negative electrode electrolyte is circulated using a negative electrode circulation mechanism. In the operating method of the redox flow battery, when the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte are circulated through the cell stack, the circulation amount of one electrolyte is larger than the circulation amount of the other electrolyte, The pressure of the one electrolyte acting on the diaphragm is set to a differential pressure state larger than the pressure of the other electrolyte acting on the diaphragm, and the circulation amount of the cathode electrolyte and the anode electrolyte is decreased. Even when the circulation of the electrolytic solution is stopped, the circulating amount of the one electrolytic solution is made larger than the circulating amount of the other electrolytic solution to maintain the differential pressure state.
また、本発明の一形態に係るレドックスフロー電池は、正極電極、負極電極、および隔膜を有する電池セルを複数積層したセルスタックと、前記セルスタックに正極電解液を循環させる正極用循環機構と、前記セルスタックに負極電解液を循環させる負極用循環機構と、を備えるレドックスフロー電池である。このレドックスフロー電池は、前記正極電解液と前記負極電解液の循環から停止までの間、一方の電解液の循環量を他方の電解液の循環量よりも多くなるように、前記正極循環機構と前記負極循環機構とを制御する流量制御部を備える。 A redox flow battery according to an embodiment of the present invention includes a cell stack in which a plurality of battery cells having a positive electrode, a negative electrode, and a diaphragm are stacked, and a positive electrode circulation mechanism that circulates a positive electrode electrolyte in the cell stack; A redox flow battery comprising a negative electrode circulation mechanism for circulating a negative electrode electrolyte in the cell stack. The redox flow battery includes the positive electrode circulation mechanism so that the circulation amount of one electrolyte solution is larger than the circulation amount of the other electrolyte solution from the circulation to the stop of the cathode electrolyte and the anode electrolyte. A flow rate controller for controlling the negative electrode circulation mechanism is provided.
上記レドックスフロー電池の運転方法、およびレドックスフロー電池によれば、正極電解液と負極電解液の循環から停止までの間、セルスタック内の正極電解液の圧力、および負極電解液の圧力のいずれか一方を他方よりも高くすることができる。 According to the above redox flow battery operation method and redox flow battery, either the pressure of the positive electrode electrolyte in the cell stack or the pressure of the negative electrode electrolyte between the circulation and stop of the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte One can be higher than the other.
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
First, the contents of the embodiment of the present invention will be listed and described.
<1>実施形態に係るレドックスフロー電池の運転方法は、正極電極、負極電極、および隔膜を有する電池セルを複数積層したセルスタックに、正極用循環機構を用いて正極電解液を循環させると共に、負極用循環機構を用いて負極電解液を循環させるレドックスフロー電池の運転方法である。このレドックスフロー電池の運転方法では、前記正極電解液と前記負極電解液を前記セルスタックに循環させる際、一方の電解液の循環量を他方の電解液の循環量よりも多くして、前記隔膜に作用する前記一方の電解液の圧力を、前記隔膜に作用する前記他方の電解液の圧力よりも大きくした差圧状態とし、前記正極電解液と前記負極電解液の循環量を減少させ、両電解液の循環を停止する際にも、前記一方の電解液の循環量を前記他方の電解液の循環量よりも多くして、前記差圧状態を維持する。 <1> The operation method of the redox flow battery according to the embodiment circulates the positive electrode electrolyte using a positive electrode circulation mechanism in a cell stack in which a plurality of battery cells each having a positive electrode, a negative electrode, and a diaphragm are stacked. This is a method for operating a redox flow battery in which a negative electrode electrolyte is circulated using a negative electrode circulation mechanism. In the operating method of the redox flow battery, when the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte are circulated through the cell stack, the circulation amount of one electrolyte is larger than the circulation amount of the other electrolyte, The pressure of the one electrolyte acting on the diaphragm is set to a differential pressure state larger than the pressure of the other electrolyte acting on the diaphragm, and the circulation amount of the cathode electrolyte and the anode electrolyte is decreased. Even when the circulation of the electrolytic solution is stopped, the circulating amount of the one electrolytic solution is made larger than the circulating amount of the other electrolytic solution to maintain the differential pressure state.
セルスタック内の正極電解液の圧力、および負極電解液の圧力のいずれか一方を他方よりも高くすると、セルスタック内の隔膜に作用する一方の電解液の圧力が、隔膜に作用する他方の電解液の圧力よりも大きい差圧状態となる。本発明者らの検討によれば、両電解液を循環させる際に上記差圧状態を維持する場合、両電解液の循環を停止する際にも、上記差圧状態を維持しておくことが好ましいとの知見が得られた。両電解液の循環の停止の際に隔膜に作用する圧力の方向が変わると、隔膜に過剰な負荷がかかる恐れがあるからである。 When either the pressure of the positive electrode electrolyte in the cell stack or the pressure of the negative electrode electrolyte is higher than the other, the pressure of the one electrolyte acting on the diaphragm in the cell stack becomes the other electrolyte acting on the diaphragm. The differential pressure state is greater than the liquid pressure. According to the study by the present inventors, when the above-mentioned differential pressure state is maintained when both electrolytic solutions are circulated, the above-mentioned differential pressure state can be maintained even when the circulation of both electrolytic solutions is stopped. The knowledge that it was preferable was obtained. This is because if the direction of the pressure acting on the diaphragm changes when the circulation of both electrolytes is stopped, an excessive load may be applied to the diaphragm.
本発明者らの知見に基づく上記レドックスフロー電池の運転方法によれば、セルスタック内に正極電解液と負極電解液の循環をさせるときも、両電解液の循環を停止するときも、上記差圧状態を維持しているため、隔膜に作用する圧力の方向を一定にすることができる。その結果、隔膜に過剰な応力が作用することを抑制することができ、隔膜の損傷を防止することができる。 According to the operation method of the above redox flow battery based on the knowledge of the present inventors, the difference between the positive electrode solution and the negative electrode electrolyte is circulated in the cell stack and the circulation of both the electrolytes is stopped. Since the pressure state is maintained, the direction of the pressure acting on the diaphragm can be made constant. As a result, it is possible to suppress excessive stress from acting on the diaphragm, and to prevent the diaphragm from being damaged.
<2>実施形態に係るレドックスフロー電池の運転方法として、前記正極電解液と前記負極電解液の循環を停止する際、前記一方の電解液の循環量の減少速度を、前記他方の電解液の循環量の減少速度よりも大きくし、両電解液の循環を同時に停止する形態を挙げることができる。 <2> As a method for operating the redox flow battery according to the embodiment, when the circulation of the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte is stopped, the rate of decrease in the circulation amount of the one electrolyte is changed to that of the other electrolyte. It is possible to use a mode in which the circulation rate of the both electrolytes is stopped simultaneously by increasing the rate of circulation rate reduction.
上記形態のように、一方の電解液の循環量が他方の電解液の循環量よりも多い状態を維持した上で、一方の電解液の循環量の減少速度を、他方の電解液の循環量の減少速度より大きくすることで、両電解液の循環量の差を徐々に小さくしながら両電解液の循環を停止することができる。その結果、両電解液の循環を停止するまでの間、隔膜に作用する応力を徐々に小さくすることができるため、隔膜の損傷を効果的に防止することができる。 While maintaining the state where the circulation amount of one electrolyte solution is larger than the circulation amount of the other electrolyte solution as in the above embodiment, the decrease rate of the circulation amount of one electrolyte solution is set to the circulation amount of the other electrolyte solution. By making it larger than the decrease rate of, the circulation of both electrolytes can be stopped while gradually reducing the difference in the circulation amount of both electrolytes. As a result, since the stress acting on the diaphragm can be gradually reduced until the circulation of both electrolytes is stopped, damage to the diaphragm can be effectively prevented.
<3>実施形態に係るレドックスフロー電池の運転方法として、前記正極電解液と前記負極電解液の循環を停止する際、前記一方の電解液の循環量の減少速度と、前記他方の電解液の循環量の減少速度と、を調整し、前記一方の電解液の循環を、前記他方の電解液の循環よりも後に停止する形態を挙げることができる。 <3> As a method for operating the redox flow battery according to the embodiment, when the circulation of the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte is stopped, the rate of decrease in the circulation amount of the one electrolyte solution, A mode in which the rate of decrease in the circulation amount is adjusted and the circulation of the one electrolyte solution is stopped after the circulation of the other electrolyte solution can be exemplified.
上記形態に示すように、一方の電解液の循環を、他方の電解液の循環よりも後に停止することで、両電解液の循環が停止する瞬間まで、確実に上記差圧状態を維持することができる。 As shown in the above embodiment, by stopping the circulation of one electrolytic solution after the circulation of the other electrolytic solution, the above differential pressure state is reliably maintained until the moment when the circulation of both electrolytic solutions is stopped. Can do.
<4>実施形態に係るレドックスフロー電池の運転方法として、前記一方の電解液を循環させる循環機構に備わる電解液のタンクを、前記他方の電解液を循環させる循環機構に備わる電解液のタンクよりも高い位置に配置し、両電解液が循環していないときに、前記セルスタック内に両電解液を満たしたままとする形態を挙げることができる。 <4> As an operating method of the redox flow battery according to the embodiment, an electrolytic solution tank provided in a circulation mechanism for circulating the one electrolytic solution is used as an electrolytic solution tank provided in a circulation mechanism for circulating the other electrolytic solution. The cell stack may be filled with both electrolytes when both electrolytes are not circulated.
上記形態によれば、両電解液が循環していないときにも、上記差圧状態を維持することができる。また、両電解液が循環していないときに差圧状態が維持されていれば、両電解液の循環を再開する際、一方の電解液を循環させる装置(例えば、ポンプなどの送液装置)の始動が何らかの理由で他方の電解液を循環させる装置の始動より遅れるなどしても、隔膜に作用する他方の電解液の圧力が一方の電解液の圧力よりも高くなる逆差圧状態となり難い。 According to the said form, even when both electrolyte solution is not circulating, the said differential pressure state can be maintained. Also, if the differential pressure state is maintained when both electrolytes are not circulating, a device that circulates one electrolyte solution (for example, a liquid delivery device such as a pump) when recirculation of both electrolyte solutions is resumed. Even if the start-up is delayed from the start-up of the device that circulates the other electrolyte for some reason, it is difficult to achieve a reverse differential pressure state in which the pressure of the other electrolyte acting on the diaphragm is higher than the pressure of the one electrolyte.
<5>実施形態に係るレドックスフロー電池は、正極電極、負極電極、および隔膜を有する電池セルを複数積層したセルスタックと、前記セルスタックに正極電解液を循環させる正極用循環機構と、前記セルスタックに負極電解液を循環させる負極用循環機構と、を備えるレドックスフロー電池である。このレドックスフロー電池は、前記正極電解液と前記負極電解液の循環から停止までの間、一方の電解液の循環量を他方の電解液の循環量よりも多くなるように、前記正極循環機構と前記負極循環機構とを制御する流量制御部を備える。 <5> A redox flow battery according to an embodiment includes a cell stack in which a plurality of battery cells each having a positive electrode, a negative electrode, and a diaphragm, a positive electrode circulation mechanism for circulating a positive electrolyte in the cell stack, and the cell A redox flow battery comprising: a negative electrode circulation mechanism that circulates a negative electrode electrolyte in a stack. The redox flow battery includes the positive electrode circulation mechanism so that the circulation amount of one electrolyte solution is larger than the circulation amount of the other electrolyte solution from the circulation to the stop of the cathode electrolyte and the anode electrolyte. A flow rate controller for controlling the negative electrode circulation mechanism is provided.
上記レドックスフロー電池によれば、セルスタック内に正極電解液と負極電解液の循環をさせるときにも、両電解液の循環を停止するときにも、上記差圧状態を維持することができる。そのため、上記レドックスフロー電池は、レドックスフロー電池に備わる隔膜に作用する圧力の方向が一定で、隔膜が損傷し難いレドックスフロー電池となる。 According to the redox flow battery, the differential pressure state can be maintained both when the positive and negative electrolytes are circulated in the cell stack and when the circulation of both electrolytes is stopped. Therefore, the redox flow battery is a redox flow battery in which the direction of pressure acting on the diaphragm provided in the redox flow battery is constant and the diaphragm is not easily damaged.
[本発明の実施形態の詳細]
以下、実施形態に係るレドックスフロー電池(RF電池)の運転方法、およびRF電池の実施形態を説明する。実施形態において、同一の符号で示される部材は、同一の機能を備える。なお、本発明は実施形態に示される構成に限定されるわけではなく、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の全ての変更が含まれることを意図する。
[Details of the embodiment of the present invention]
Hereinafter, the operation method of the redox flow battery (RF battery) according to the embodiment and the embodiment of the RF battery will be described. In the embodiment, members indicated by the same reference numerals have the same function. In addition, this invention is not necessarily limited to the structure shown by embodiment, and is shown by the claim, and intends that all the changes within the meaning and range equivalent to a claim are included.
<実施形態1>
≪RF電池の全体構成≫
図1の概略図に示すように、本実施形態に係るRF電池1は、従来のRF電池と同様に、セルスタック2と、正極用循環機構3Pと、負極用循環機構3Nと、を備える。この図1では、セルスタック2の構成を簡素化して示しているが、実際には図15の下図を参照して説明したように、複数のサブスタック200sをエンドプレート210,220で締め付けた構成を備えている。また、図1のセルスタック2には、電池セル100を一つだけ図示しているが、実際には複数の電池セル100が積層されている。各電池セル100は、正極電極104と、負極電極105と、両電極104,105を隔てる隔膜101と、で構成される。
<Embodiment 1>
≪Overall configuration of RF battery≫
As shown in the schematic diagram of FIG. 1, the RF battery 1 according to the present embodiment includes a
正極用循環機構3Pは、正極用タンク106と、正極用往路管108および正極用復路管110で構成される正極用管路と、ポンプ(正極用送液装置)112と、を備える。正極用往路管108は、正極用タンク106からセルスタック2に正極電解液を供給する配管であり、正極用復路管110はセルスタック2から正極用タンク106に正極電解液を排出する配管である。ポンプ112は、正極用往路管108の途中に設けられ、正極電解液をセルスタック2に送り出す部材である。このような構成の場合、正極電解液の循環量は、ポンプ112の出力を調節することで変化させることができる。
The positive electrode circulation mechanism 3 </ b> P includes a
負極用循環機構3Nは、負極用タンク107と、負極用往路管109および負極用復路管111で構成される負極用管路と、ポンプ(負極用送液装置)113と、を備える。負極用往路管109は、負極用タンク107からセルスタック2に負極電解液を供給する配管であり、負極用復路管111はセルスタック2から負極用タンク107に負極電解液を排出する配管である。ポンプ113は、負極用往路管109の途中に設けられ、負極電解液をセルスタック2に送り出す部材である。このような構成の場合、負極電解液の循環量は、ポンプ113の出力を調整することで変化させることができる。
The negative electrode circulation mechanism 3 </ b> N includes a
上記構成を備える実施形態のRF電池1における従来との主な相違点は、セルスタック2内に正極電解液と負極電解液を循環させるときにも、両電解液の循環を停止するときにも、隔膜101に作用する正極電解液の圧力が負極電解液の圧力よりも大きい第一の差圧状態(塗り潰し矢印の方向に圧力が作用する状態)を維持するための流量制御部5を備えることである。
The main difference between the RF battery 1 of the embodiment having the above-described configuration and the conventional one is that the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte are circulated in the
≪流量制御部≫
流量制御部5は、ポンプ(正極用送液装置)112の出力と、ポンプ(負極用送液装置)113の出力と、を相対的に制御するように、両ポンプ112,113に電気的に接続される。各ポンプ112,113による電解液の送液量(即ち、電解液の循環量)は、ポンプ112,113の出力に応じて変化する。本実施形態の場合、ポンプ112からの正極電解液の送液量を、ポンプ113からの負極電解液の送液量よりも大きくすることで、セルスタック2内の隔膜101に作用する正極電解液の圧力が負極電解液の圧力よりも大きい第一の差圧状態を作り出している。
≪Flow control part≫
The flow rate controller 5 is electrically connected to both the
流量制御部5は、両電解液の循環を停止する際にも、上記第一の差圧状態を維持できるように、ポンプ112,113を制御する。代表的な二つの制御パターンを図2、図3に基づいて説明する。図2,3はいずれも、両電解液を循環させた状態から循環を停止させるまでの間のポンプ112,113からの送液量(即ち、両電解液の循環量)の変化を示すグラフである。図2,3のグラフの縦軸は、ポンプ112,113からの送液量、横軸は時間である。また、グラフ中の実線は正極電解液の送液量、点線は負極電解液の送液量を示す。
The flow control unit 5 controls the
[制御パターンI]
図2のグラフに示すように、制御パターンIでは、正極電解液の送液量を負極電解液の送液量よりも大きくして両電解液を循環させた状態から、時刻t0で両電解液の循環を停止し始める。その際、正極電解液の送液量(循環量)の減少速度を、負極電解液の送液量(循環量)の減少速度よりも大きくしている。そして、時刻t1で両電解液の送液をほぼ同時に停止する。
[Control pattern I]
As shown in the graph of FIG. 2, in the control pattern I, both electrolyte solutions are supplied at a time t0 from the state in which both electrolyte solutions are circulated with the amount of cathode electrolyte supplied larger than the amount of anode electrolyte supplied. Start to stop circulating. At this time, the rate of decrease in the amount (circulation amount) of the positive electrode electrolyte is set to be greater than the rate of decrease in the amount (circulation amount) of the negative electrode electrolyte. At time t1, the feeding of both electrolytes is stopped almost simultaneously.
上記制御パターンIによれば、両電解液の送液量(循環量)の差を徐々に小さくしながら両電解液の循環を停止することができる。その結果、両電解液の循環を停止するまでの間、隔膜101(図1参照)に作用する応力を徐々に小さくすることができるため、隔膜101の損傷を効果的に防止することができる。
According to the control pattern I, it is possible to stop the circulation of both electrolytic solutions while gradually reducing the difference in the amount (circulation amount) of both electrolytic solutions. As a result, since the stress acting on the diaphragm 101 (see FIG. 1) can be gradually reduced until the circulation of both electrolytes is stopped, damage to the
[制御パターンII]
図3のグラフに示すように、制御パターンIIでも、時刻t0で両電解液の循環を停止し始める。ここで、制御パターンIIでは、正極電解液の送液量(循環量)の減少速度と、負極電解液の送液量(循環量)の減少速度と、を同程度としている。もともと、負極電解液の送液量が正極電解液の送液量よりも小さかったために、両電解液の送液量の減少速度が同程度であると、時刻t2で負極電解液の送液が停止し、その後、時刻t3で正極電解液の送液が停止する。つまり、負極電解液の循環が停止した後も正極電解液がセルスタック2(図1参照)内を循環することになるため、両電解液の循環が停止する瞬間まで、確実に第一の差圧状態を維持することができる。
[Control Pattern II]
As shown in the graph of FIG. 3, also in the control pattern II, the circulation of both electrolytes starts to be stopped at time t0. Here, in the control pattern II, the rate of decrease in the amount (circulation amount) of the positive electrode electrolyte is substantially equal to the rate of decrease in the amount (circulation amount) of the negative electrode electrolyte. Originally, since the amount of the negative electrode electrolyte supplied was smaller than the amount of the positive electrode electrolyte supplied, when the rate of decrease in the amount of both electrolytes supplied was the same, the negative electrode electrolyte was supplied at time t2. After that, the feeding of the positive electrode electrolyte stops at time t3. That is, since the cathode electrolyte circulates in the cell stack 2 (see FIG. 1) even after the circulation of the anode electrolyte is stopped, the first difference is surely made until the moment when the circulation of both electrolytes is stopped. The pressure state can be maintained.
なお、図1に示すRF電池1の正極用管路と負極用管路にはそれぞれ、図示しない複数のバルブが存在する。それらバルブの開度・開閉回数を流量制御部5に制御させても構わない。そうすることで、上記二つの制御パターンを行い易くなる。 A plurality of valves (not shown) exist in each of the positive electrode conduit and the negative electrode conduit of the RF battery 1 shown in FIG. You may make the flow control part 5 control the opening degree and the frequency | count of opening / closing of these valves. By doing so, it becomes easy to perform the two control patterns.
≪循環停止時に係る構成≫
図1に示す上記流量制御部5の制御によって両電解液の循環を停止した後も、隔膜101に作用する正極電解液の圧力が負極電解液の圧力よりも大きい第一の差圧状態を維持することが好ましい。両電解液が循環していないときに差圧状態が維持されていれば、両電解液の循環を再開する際、正極電解液を循環させるポンプ112の始動が何らかの理由で負極電解液を循環させるポンプ113の始動より遅れるなどしても、隔膜101に作用する負極電解液の圧力が正極電解液の圧力よりも高くなる逆差圧状態となり難いからである。
≪Configuration related to circulation stop≫
Even after the circulation of both electrolytes is stopped by the control of the flow rate control unit 5 shown in FIG. 1, the first differential pressure state in which the pressure of the positive electrode electrolyte acting on the
両電解液の循環が循環していないときに上記第一の差圧状態を維持するには、例えば正極用タンク106を負極用タンク107よりも高い位置に配置すると良い。そして、両電解液の循環を停止した後も、セルスタック2内に両電解液を満たしたままとしておく。そうすることで、両電解液が循環していなくても、位置エネルギーによって第一の差圧状態を維持することができる。
In order to maintain the first differential pressure state when both the electrolytes are not circulated, for example, the
≪第一の差圧状態を形成し易くするための構成≫
上記ポンプ112,113からの送液量の差に加えて、第一の差圧状態を形成し易くするための第一の差圧形成機構をRF電池1に設けても良い。第一の差圧形成機構は、RF電池1に備わる既存の部材の構成(主として寸法)を変えること、具体的には正極用循環機構3Pと負極用循環機構3Nとに構成上の差異を設けることで形成することができる。以下、第一の差圧形成機構の一形態を図4〜図7に基づいて説明する。図4〜図6ではタンク及びポンプを省略し、図7ではさらにセルスタックも省略している。
≪Configuration to facilitate the formation of the first differential pressure state≫
In addition to the difference in the amount of liquid fed from the
[正負の管路の長さを変える]
図4には、正極用復路管110を、負極用復路管111よりも長くすることで形成した差圧形成機構6Aが示されている。管を長くすると、管内を流れる電解液の圧力損失が増大する。図4の場合は、正極用復路管110を負極用復路管111よりも長くしているので、正極用復路管110の圧力損失が負極用復路管111の圧力損失よりも大きくなる。その結果、セルスタック2内の正極電解液の圧力が負極電解液の圧力よりも高くなり、セルスタック2内の隔膜101に作用する正極電解液の圧力が負極電解液の圧力よりも大きい第一の差圧状態を作り出すことができる。
[Change the length of the positive and negative pipelines]
FIG. 4 shows a differential pressure forming mechanism 6 </ b> A formed by making the
図示しないが、負極用往路管109を、正極用往路管108よりも長くすることで、差圧形成機構6Aを形成しても構わない。この場合、セルスタック2内の負極電解液の圧力が低くなり、相対的に正極電解液の圧力が負極電解液の圧力よりも大きい状態が作り出される。もちろん、復路管110,111の長さを変える構成と、往路管108,109の長さを変える構成と、を組み合わせて差圧形成機構6Aを形成することもできる。
Although not shown, the differential pressure forming mechanism 6 </ b> A may be formed by making the negative electrode
[正負の管路の太さを変える]
図5には、正極用復路管110を、負極用復路管111よりも細くすることで形成した差圧形成機構6Bが示されている。管を細くすると、管内を流れる電解液の圧力損失が増大する。図5の場合は、正極用復路管110を負極用復路管111よりも細くしているので、正極用復路管110の圧力損失が負極用復路管111の圧力損失よりも大きくなる。その結果、セルスタック2内の正極電解液の圧力が負極電解液の圧力よりも高くなり、セルスタック2内の隔膜101に作用する正極電解液の圧力が負極電解液の圧力よりも大きい第一の差圧状態を作り出すことができる。
[Change thickness of positive and negative pipe lines]
FIG. 5 shows a differential
図示しないが、負極用往路管109を、正極用往路管108よりも細くすることで、差圧形成機構6Bを形成しても構わない。この場合、セルスタック2内の負極電解液の圧力が低くなり、相対的に正極電解液の圧力が負極電解液の圧力よりも大きい状態が作り出される。もちろん、復路管110,111の太さを変える構成と、往路管108,109の太さを変える構成と、を組み合わせて差圧形成機構6Bを形成することもできる。
Although not shown, the differential pressure forming mechanism 6 </ b> B may be formed by making the negative electrode
[正負の管路の経路を変える]
図6には、正極用復路管110を、負極用復路管111よりも複雑に屈曲させることで形成した差圧形成機構6Cが示されている。管の屈曲箇所が多いと、管内を流れる電解液の圧力損失が増大する。図6の場合は、正極用復路管110を負極用復路管111よりも複雑に屈曲させているので、正極用復路管110の圧力損失が負極用復路管111の圧力損失よりも大きくなる。その結果、セルスタック2内の正極電解液の圧力が負極電解液の圧力よりも高くなり、セルスタック2内の隔膜101に作用する正極電解液の圧力が負極電解液の圧力よりも大きい第一の差圧状態を作り出すことができる。
[Change the path of the positive and negative pipelines]
FIG. 6 shows a differential pressure forming mechanism 6 </ b> C formed by bending the
図示しないが、負極用往路管109を、正極用往路管108よりも複雑に屈曲させることで、差圧形成機構6Cを形成しても構わない。もちろん、復路管110,111の屈曲状態を変える構成と、往路管108,109の屈曲状態を変える構成と、を組み合わせて差圧形成機構6Cを形成することもできる。
Although not shown, the differential
[正負の管路のバルブの開度を変える]
図1に示すRF電池1の正極用管路と負極用管路にはそれぞれ、図示しない複数のバルブが存在する。バルブは、セルスタック2への電解液の循環を停止する際などに利用される。これらバルブを利用して差圧形成機構を形成することもできる。例えば、正極用復路管110のバルブを、負極用復路管111のバルブよりも絞る(開度を小さくする)ことで、正極用復路管110の圧力損失を負極用復路管111の圧力損失よりも大きくできる。その結果、セルスタック2内の正極電解液の圧力が負極電解液の圧力よりも高くなり、セルスタック2内の隔膜101に作用する正極電解液の圧力が負極電解液の圧力よりも高い第一の差圧状態を作り出すことができる。
[Change the valve opening of the positive and negative pipes]
A plurality of valves (not shown) exist in each of the positive electrode conduit and the negative electrode conduit of the RF battery 1 shown in FIG. The valve is used when the circulation of the electrolyte solution to the
負極用往路管109のバルブを、正極用往路管108のバルブよりも絞ることでも、セルスタック2内の負極電解液の圧力を低くして、上記差圧状態を作り出すことができる。もちろん、復路管110,111のバルブの開度を変える構成と、往路管108,109のバルブの開度を変える構成と、を組み合わせて差圧形成機構を形成することもできる。
The pressure difference of the negative electrode electrolyte in the
[正負の熱交換器の構成を変える]
図1に示すRF電池1は、正極用復路管110の途中に設けられる正極用熱交換器4Pと、負極用復路管111の途中に設けられる負極用熱交換器4Nと、を備える。これら熱交換器4P,4Nによっても差圧形成機構6D(図7参照)を形成することができる。
[Change the configuration of positive and negative heat exchangers]
The RF battery 1 shown in FIG. 1 includes a positive
図7の上部には負極用熱交換器4Nの概略構成図が、図7の下部には正極用熱交換器4Pの概略構成図が示されている。熱交換器の基本的な構成は、例えば特開2013−206566号公報に記載のように公知である。例えば、図5に示すように、冷媒40P(40N)を貯留する容器41P(41N)内に配管42P(42N)を這わせることで熱交換器4P(4N)を構成することができる。配管42P(42N)は、復路管110(111)に繋がっており、従って、その内部には正極電解液(負極電解液)が流れる。正極電解液(負極電解液)は、配管42P(42N)を流れる間に、冷媒40P(40N)によって冷却される。冷媒40P(40N)は、空冷用の気体冷媒や、水冷用の液体冷媒があり、図示しない冷却機構で冷却される。ここで、配管42P(42N)は、復路管110(111)の一部と見做すことができる。
7 is a schematic configuration diagram of the negative
熱交換器4P,4Nで差圧形成機構6Dを形成する場合、図示するように、正極用熱交換器4Pの配管42Pを、負極用熱交換器4Nの配管42Nよりも長くすれば良い。そうすることで、復路管110,111の長さを変化させた差圧形成機構6Aと同様の理由により、隔膜101に作用する正極電解液の圧力が負極電解液の圧力よりも高い差圧状態を作り出すことができる。
When the differential
その他、配管42Pを配管42Nよりも細くする、あるいは配管42Pの屈曲箇所を配管42Nの屈曲箇所よりも多くすることでも、上記差圧状態を作り出すことができる。もちろん、配管長、配管太さ、配管の屈曲状態を組み合わせて上記差圧状態を作り出しても良い。なお、正極用熱交換器4Pのみを設けて、負極用熱交換器4Nを設けないことでも、上記差圧状態を作り出すことができる。
In addition, the above-mentioned differential pressure state can also be created by making the
[その他の方策]
図1の正極用タンク106を負極用タンク107よりも高く配設することで、上記差圧状態を形成することもできる。また、正極用復路管110を負極用復路管111より高い位置に取回すことでも上記差圧状態を形成することができる。
[Other measures]
By arranging the
[組み合わせについて]
以上説明した各差圧形成機構は、単独あるいは組み合わせて用いることができる。例えば、管路の長さを変えることと、管路の太さを変えることと、を組み合わせると、所望の差圧状態を形成し易い。構成の組み合わせによっては、隔膜101の全面にわたって隔膜101に作用する正極電解液の圧力を負極電解液の圧力よりも大きくした第一の差圧状態を作り出すことも可能である。例えば、図5を参照する差圧形成機構6Bを採用する場合、正極用復路管110の内径を、負極用復路管111の内径の80%以下とすれば、電池セル100内の隔膜101に作用する正極電解液の圧力が、隔膜101に作用する負極電解液の圧力よりも高い第一の差圧状態を作り出すことができる。
[About combination]
Each of the differential pressure forming mechanisms described above can be used alone or in combination. For example, a combination of changing the length of the pipe line and changing the thickness of the pipe line can easily form a desired differential pressure state. Depending on the combination of configurations, it is also possible to create a first differential pressure state in which the pressure of the positive electrode electrolyte acting on the
[第一の差圧形成機構の効果]
以上説明した第一の差圧形成機構を利用することで、セルスタック2を分解することなく所望の差圧状態を容易に形成することができる。これに対して、特許文献1のRF電池のように、セルスタック内のセルフレームにおける正極電解液の流路と負極電解液の流路とを異ならせる場合、例えば電解液の種類などの電解液の流通条件を変化させたときに、その流通条件の変化に応じて所望の差圧状態を作り出すことが難しい。流通条件に応じたセルフレームとするには、セルスタックを分解する手間、セルフレームを加工する手間、再びセルスタックを組み立てる手間がかかる上、加工したセルフレームで所望の差圧状態を達成することができない場合、さらに分解・加工・組み立てを行う必要があるからである。
[Effect of first differential pressure forming mechanism]
By using the first differential pressure forming mechanism described above, a desired differential pressure state can be easily formed without disassembling the
<実施形態2>
実施形態2では、図1に示すRF電池1において、セルスタック2内に正極電解液と負極電解液を循環させるときにも、両電解液の循環を停止するときにも、隔膜101に作用する負極電解液の圧力が正極電解液の圧力よりも大きい第二の差圧状態(白抜き矢印の方向に圧力が作用する状態)を維持する例を説明する。
<
In
上記第二の差圧状態は、流量制御部5によって負極用循環機構3Nのポンプ113からの負極電解液の送液量を、正極用循環機構3Pのポンプ112からの正極電解液の送液量よりも大きくすることで、作り出される。
In the second differential pressure state, the flow rate control unit 5 controls the flow rate of the negative electrode electrolyte from the
さらに流量制御部5は、両電解液の循環を停止する際にも、上記第二の差圧状態を維持できるように、ポンプ112,113を制御する。代表的な二つの制御パターンを図8、図9に基づいて説明する。図8,9の見方は、実施形態1の図2,3と同様である。
Furthermore, the flow rate control unit 5 controls the
[制御パターンIII]
図8のグラフに示すように、制御パターンIIIでは、負極電解液の送液量を正極電解液の送液量よりも大きくして両電解液を循環させた状態から、時刻t0で両電解液の循環を停止し始める。その際、負極電解液の送液量(循環量)の減少速度を、正極電解液の送液量(循環量)の減少速度よりも大きくしている。そして、時刻t1で両電解液の送液をほぼ同時に停止する。
[Control Pattern III]
As shown in the graph of FIG. 8, in the control pattern III, both electrolyte solutions are supplied at a time t0 from the state in which both electrolyte solutions are circulated with the negative electrode electrolyte solution supplied larger than the positive electrode electrolyte supply amount. Start to stop circulating. At this time, the rate of decrease in the amount (circulation amount) of the negative electrode electrolyte is set to be greater than the rate of decrease in the amount (circulation amount) of the positive electrode electrolyte. At time t1, the feeding of both electrolytes is stopped almost simultaneously.
上記制御パターンIIIによれば、両電解液の送液量(循環量)の差を徐々に小さくしながら両電解液の循環を停止することができる。その結果、両電解液の循環を停止するまでの間、隔膜101(図1参照)に作用する応力を徐々に小さくすることができるため、隔膜101の損傷を効果的に防止することができる。
According to the control pattern III, the circulation of both electrolytic solutions can be stopped while gradually reducing the difference in the amount (circulation amount) of both electrolytic solutions. As a result, since the stress acting on the diaphragm 101 (see FIG. 1) can be gradually reduced until the circulation of both electrolytes is stopped, damage to the
[制御パターンIV]
図9のグラフに示すように、制御パターンIVでも、時刻t0で両電解液の循環を停止し始める。ここで、制御パターンIVでは、正極電解液の送液量(循環量)の減少速度と、負極電解液の送液量(循環量)の減少速度と、を同程度としている。もともと、正極電解液の送液量が負極電解液の送液量よりも小さかったために、両電解液の送液量の減少速度が同程度であると、時刻t2で正極電解液の送液が停止し、その後、時刻t3で負極電解液の送液が停止する。つまり、正極電解液の循環が停止した後も負極電解液がセルスタック2(図1参照)内を循環することになるため、両電解液の循環が停止する瞬間まで、確実に第二の差圧状態を維持することができる。
[Control Pattern IV]
As shown in the graph of FIG. 9, even in the control pattern IV, the circulation of both electrolytes starts to be stopped at time t0. Here, in the control pattern IV, the rate of decrease in the amount (circulation amount) of the positive electrode electrolyte is substantially the same as the rate of decrease in the amount (circulation amount) of the negative electrode electrolyte. Originally, since the amount of the positive electrode electrolyte supplied was smaller than the amount of the negative electrode electrolyte supplied, the rate of decrease in the amount of electrolyte supplied by both electrolytes was approximately the same. After that, the feeding of the negative electrode electrolyte stops at time t3. That is, since the negative electrode electrolyte circulates in the cell stack 2 (see FIG. 1) even after the circulation of the positive electrolyte is stopped, the second difference is surely ensured until the moment when the circulation of both electrolytes is stopped. The pressure state can be maintained.
なお、図1に示すRF電池1の正極用管路と負極用管路にはそれぞれ、図示しない複数のバルブが存在する。それらバルブの開度・開閉回数を流量制御部5に制御させても構わない。そうすることで、上記二つの制御パターンを行い易くなる。 A plurality of valves (not shown) exist in each of the positive electrode conduit and the negative electrode conduit of the RF battery 1 shown in FIG. You may make the flow control part 5 control the opening degree and the frequency | count of opening / closing of these valves. By doing so, it becomes easy to perform the two control patterns.
≪循環停止時に係る構成≫
図1に示す上記流量制御部5の制御によって両電解液の循環を停止した後も、隔膜101に作用する負極電解液の圧力が正極電解液の圧力よりも大きい第二の差圧状態を維持することが好ましい。両電解液が循環していないときに差圧状態が維持されていれば、両電解液の循環を再開する際、負極電解液を循環させるポンプ113の始動が何らかの理由で正極電解液を循環させるポンプ112の始動より遅れるなどしても、隔膜101に作用する正極電解液の圧力が負極電解液の圧力よりも高くなる逆差圧状態となり難いからである。
≪Configuration related to circulation stop≫
Even after the circulation of both electrolytes is stopped by the control of the flow rate control unit 5 shown in FIG. 1, the second differential pressure state in which the pressure of the negative electrode electrolyte acting on the
両電解液の循環が循環していないときに上記第二の差圧状態を維持するには、例えば負極用タンク107を正極用タンク106よりも高い位置に配置すると良い。そして、両電解液の循環を停止した後も、セルスタック2内に両電解液を満たしたままとしておく。そうすることで、両電解液が循環していなくても、位置エネルギーによって第二の差圧状態を維持することができる。
In order to maintain the second differential pressure state when both the electrolytes are not circulated, for example, the
≪第二の差圧状態を形成し易くするための構成≫
上記ポンプ112,113からの送液量の差に加えて、第二の差圧状態を形成し易くするための第二の差圧形成機構をRF電池1に設けても良い。第二の差圧形成機構は、RF電池1に備わる既存の部材の構成(主として寸法)を変えること、具体的には正極用循環機構3Pと負極用循環機構3Nとに構成上の差異を設けることで形成することができる。以下、第二の差圧形成機構の一形態を図10〜図13に基づいて説明する。図10〜図12ではタンク及びポンプを省略し、図13ではさらにセルスタックも省略している。
≪Configuration to facilitate the formation of the second differential pressure state≫
In addition to the difference in the amount of liquid fed from the
[正負の管路の長さを変える]
図10には、負極用復路管111を、正極用復路管110よりも長くすることで形成した差圧形成機構6Eが示されている。管を長くすると、管内を流れる電解液の圧力損失が増大する。図10の場合は、負極用復路管111を正極用復路管110よりも長くしているので、負極用復路管111の圧力損失が正極用復路管110の圧力損失よりも大きくなる。その結果、セルスタック2内の負極電解液の圧力が正極電解液の圧力よりも高くなり、セルスタック2内の隔膜101の全面にわたって隔膜101に作用する負極電解液の圧力が正極電解液の圧力よりも大きい第二の差圧状態を作り出すことができる。
[Change the length of the positive and negative pipelines]
FIG. 10 shows a differential
図示しないが、正極用往路管108を、負極用往路管109よりも長くすることで、差圧形成機構6Eを形成しても構わない。この場合、セルスタック2内の正極電解液の圧力が低くなり、相対的に負極電解液の圧力が正極電解液の圧力よりも大きい状態が作り出される。もちろん、復路管110,111の長さを変える構成と、往路管108,109の長さを変える構成と、を組み合わせて差圧形成機構6Aを形成することもできる。
Although not shown, the differential
[正負の管路の太さを変える]
図11には、負極用復路管111を、正極用復路管110よりも細くすることで形成した差圧形成機構6Fが示されている。管を細くすると、管内を流れる電解液の圧力損失が増大する。図11の場合は、負極用復路管111を正極用復路管110よりも細くしているので、負極用復路管111の圧力損失が正極用復路管110の圧力損失よりも大きくなる。その結果、セルスタック2内の負極電解液の圧力が正極電解液の圧力よりも高くなり、セルスタック2内の隔膜101の全面にわたって隔膜101に作用する負極電解液の圧力が正極電解液の圧力よりも大きい第二の差圧状態を作り出すことができる。
[Change thickness of positive and negative pipe lines]
FIG. 11 shows a differential pressure forming mechanism 6 </ b> F formed by making the negative
図示しないが、正極用往路管108を、負極用往路管109よりも細くすることで、差圧形成機構6Fを形成しても構わない。この場合、セルスタック2内の正極電解液の圧力が低くなり、相対的に負極電解液の圧力が正極電解液の圧力よりも大きい状態が作り出される。もちろん、復路管110,111の太さを変える構成と、往路管108,109の太さを変える構成と、を組み合わせて差圧形成機構6Fを形成することもできる。
Although not shown, the differential pressure forming mechanism 6 </ b> F may be formed by making the positive electrode
[正負の管路の経路を変える]
図12には、負極用復路管111を、正極用復路管110よりも複雑に屈曲させることで形成した差圧形成機構6Gが示されている。管の屈曲箇所が多いと、管内を流れる電解液の圧力損失が増大する。図12の場合は、負極用復路管111を正極用復路管110よりも複雑に屈曲させているので、負極用復路管111の圧力損失が正極用復路管110の圧力損失よりも大きくなる。その結果、セルスタック2内の負極電解液の圧力が正極電解液の圧力よりも高くなり、セルスタック2内の隔膜101の全面にわたって隔膜101に作用する負極電解液の圧力が正極電解液の圧力よりも大きい第二の差圧状態を作り出すことができる。
[Change the path of the positive and negative pipelines]
FIG. 12 shows a differential
図示しないが、正極用往路管108を、負極用往路管109よりも複雑に屈曲させることで、差圧形成機構6Gを形成しても構わない。もちろん、復路管110,111の屈曲状態を変える構成と、往路管108,109の屈曲状態を変える構成と、を組み合わせて差圧形成機構6Gを形成することもできる。
Although not shown, the differential
[正負の管路のバルブの開度を変える]
図1に示すRF電池1の正極用管路と負極用管路にはそれぞれ、図示しない複数のバルブが存在する。バルブは、セルスタック2への電解液の循環を停止する際などに利用される。これらバルブを利用して差圧形成機構を形成することもできる。例えば、負極用復路管111のバルブを、正極用復路管110のバルブよりも絞る(開度を小さくする)ことで、負極用復路管111の圧力損失を正極用復路管110の圧力損失よりも大きくできる。その結果、セルスタック2内の負極電解液の圧力が正極電解液の圧力よりも高くなり、セルスタック2内の隔膜101の全面にわたって隔膜101に作用する負極電解液の圧力が正極電解液の圧力よりも高い第二の差圧状態を作り出すことができる。
[Change the valve opening of the positive and negative pipes]
A plurality of valves (not shown) exist in each of the positive electrode conduit and the negative electrode conduit of the RF battery 1 shown in FIG. The valve is used when the circulation of the electrolyte solution to the
正極用往路管108のバルブを、負極用往路管109のバルブよりも絞ることでも、セルスタック2内の正極電解液の圧力を低くして、上記差圧状態を作り出すことができる。もちろん、復路管110,111のバルブの開度を変える構成と、往路管108,109のバルブの開度を変える構成と、を組み合わせて差圧形成機構を形成することもできる。
The pressure difference of the positive electrode electrolyte in the
[正負の熱交換器の構成を変える]
図1に示すRF電池1は、正極用復路管110の途中に設けられる正極用熱交換器4Pと、負極用復路管111の途中に設けられる負極用熱交換器4Nと、を備える。これら熱交換器4P,4Nによっても差圧形成機構6H(図13参照)を形成することができる。
[Change the configuration of positive and negative heat exchangers]
The RF battery 1 shown in FIG. 1 includes a positive
図13の上部には負極用熱交換器4Nの概略構成図が、図13の下部には正極用熱交換器4Pの概略構成図が示されている。熱交換器の基本的な構成は、例えば特開2013−206566号公報に記載のように公知である。例えば、図13に示すように、冷媒40P(40N)を貯留する容器41P(41N)内に配管42P(42N)を這わせることで熱交換器4P(4N)を構成することができる。配管42P(42N)は、復路管110(111)に繋がっており、従って、その内部には正極電解液(負極電解液)が流れる。正極電解液(負極電解液)は、配管42P(42N)を流れる間に、冷媒40P(40N)によって冷却される。冷媒40P(40N)は、空冷用の気体冷媒や、水冷用の液体冷媒があり、図示しない冷却機構で冷却される。ここで、配管42P(42N)は、復路管110(111)の一部と見做すことができる。
13 is a schematic configuration diagram of the negative
熱交換器4P,4Nで差圧形成機構6Hを形成する場合、図示するように、負極用熱交換器4Nの配管42Nを、正極用熱交換器4Pの配管42Pよりも長くすれば良い。そうすることで、復路管110,111の長さを変化させた差圧形成機構6Aと同様の理由により、隔膜101に作用する負極電解液の圧力が正極電解液の圧力よりも高い差圧状態を作り出すことができる。
When the differential
その他、配管42Nを配管42Pよりも細くする、あるいは配管42Nの屈曲箇所を配管42Pの屈曲箇所よりも多くすることでも、上記差圧状態を作り出すことができる。もちろん、配管長、配管太さ、配管の屈曲状態を組み合わせて上記差圧状態を作り出しても良い。なお、負極用熱交換器4Nのみを設けて、正極用熱交換器4Pを設けないことでも、上記差圧状態を作り出すことができる。
In addition, the above-mentioned differential pressure state can also be created by making the
[その他の方策]
図1の負極用タンク107を正極用タンク106よりも高く配設することで、上記差圧状態を形成することもできる。また、負極用復路管111を正極用復路管110より高い位置に取回すことでも上記差圧状態を形成することができる。
[Other measures]
The above-described differential pressure state can be formed by disposing the
[組み合わせについて]
以上説明した各差圧形成機構は、単独あるいは組み合わせて用いることができる。例えば、管路の長さを変えることと、管路の太さを変えることと、を組み合わせると、所望の差圧状態を形成し易い。構成の組み合わせによっては、隔膜101の全面にわたって隔膜101に作用する負極電解液の圧力を正極電解液の圧力よりも大きくした第二の差圧状態を作り出すことも可能である。例えば、図11を参照する差圧形成機構6Fを採用する場合、負極用復路管111の内径を、正極用復路管110の内径の80%以下とすれば、電池セル100内の隔膜101に作用する負極電解液の圧力が、隔膜101に作用する正極電解液の圧力よりも高い第二の差圧状態を作り出すことができる。
[About combination]
Each of the differential pressure forming mechanisms described above can be used alone or in combination. For example, a combination of changing the length of the pipe line and changing the thickness of the pipe line can easily form a desired differential pressure state. Depending on the combination of configurations, it is also possible to create a second differential pressure state in which the pressure of the negative electrode electrolyte acting on the
[第二の差圧形成機構の効果]
以上説明した第二の差圧形成機構を利用することで、セルスタック2を分解することなく所望の差圧状態を容易に形成することができる。これに対して、特許文献1のRF電池のように、セルスタック内のセルフレームにおける正極電解液の流路と負極電解液の流路とを異ならせる場合、例えば電解液の種類などの電解液の流通条件を変化させたときに、その流通条件の変化に応じて所望の差圧状態を作り出すことが難しい。流通条件に応じたセルフレームとするには、セルスタックを分解する手間、セルフレームを加工する手間、再びセルスタックを組み立てる手間がかかる上、加工したセルフレームで所望の差圧状態を達成することができない場合、さらに分解・加工・組み立てを行う必要があるからである。
[Effect of second differential pressure forming mechanism]
By using the second differential pressure forming mechanism described above, a desired differential pressure state can be easily formed without disassembling the
本発明のレドックスフロー電池およびレドックスフロー電池の運転方法は、太陽光発電、風力発電などの新エネルギーの発電に対して、発電出力の変動の安定化、発電電力の余剰時の蓄電、負荷平準化などに利用できる他、一般的な発電所に併設されて、瞬時電圧低下対策・停電対策や負荷平準化にも利用することができる。 The redox flow battery and the operation method of the redox flow battery according to the present invention include stabilization of fluctuations in power generation output, power storage when surplus generated power, load leveling for new energy generation such as solar power generation and wind power generation In addition to being used for general power plants, it can also be used for instantaneous voltage drop countermeasures, power outage countermeasures, and load leveling.
1,α レドックスフロー電池(RF電池)
2 セルスタック
100 電池セル
101 隔膜
102 正極部 103 負極部 104 正極電極 105 負極電極
3P,100P 正極用循環機構
106 正極用タンク 108 正極用往路管 110 正極用復路管
112 ポンプ(正極用送液装置)
3N,100N 負極用循環機構
4P 正極用熱交換器
40P 冷媒 41P 容器 42P 配管
4N 負極用熱交換器
40N 冷媒 41N 容器 42N 配管
5 流量制御部
6A,6B,6C,6D,6E,6F,6G,6H 差圧形成機構
107 負極用タンク 109 負極用往路管 111 負極用復路管
113 ポンプ(負極用送液装置)
120 セルフレーム 121 双極板 122 枠体
123,124 給液用マニホールド 125,126 排液用マニホールド
127 シール部材
190 給排板 210,220 エンドプレート
200 セルスタック 200s サブスタック
230 締付機構
1, α Redox flow battery (RF battery)
2
3N, 100N Negative
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記正極電解液と前記負極電解液を前記セルスタックに循環させる際、一方の電解液の循環量を他方の電解液の循環量よりも多くして、前記隔膜に作用する前記一方の電解液の圧力を、前記隔膜に作用する前記他方の電解液の圧力よりも大きくした差圧状態とし、
前記正極電解液と前記負極電解液の循環量を減少させ、両電解液の循環を停止する際にも、前記一方の電解液の循環量を前記他方の電解液の循環量よりも多くして、前記差圧状態を維持するレドックスフロー電池の運転方法。 Redox flow in which a positive electrode electrolyte is circulated using a positive electrode circulation mechanism and a negative electrode electrolyte is circulated in a cell stack in which a plurality of battery cells having positive electrodes, negative electrodes, and diaphragms are stacked. A battery operating method,
When circulating the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte to the cell stack, the circulation amount of one electrolyte solution is made larger than the circulation amount of the other electrolyte solution, and the one electrolyte solution acting on the diaphragm The pressure is set to a differential pressure state larger than the pressure of the other electrolyte acting on the diaphragm,
When the circulation amount of the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte is decreased and the circulation of both electrolytes is stopped, the circulation amount of the one electrolyte solution is made larger than the circulation amount of the other electrolyte solution. The operation method of the redox flow battery which maintains the said differential pressure state.
前記一方の電解液の循環を、前記他方の電解液の循環よりも後に停止する請求項1に記載のレドックスフロー電池の運転方法。 When stopping the circulation of the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte, the reduction rate of the circulation amount of the one electrolyte solution and the reduction rate of the circulation amount of the other electrolyte solution are adjusted,
The method for operating a redox flow battery according to claim 1, wherein the circulation of the one electrolytic solution is stopped after the circulation of the other electrolytic solution.
両電解液が循環していないときに、前記セルスタック内に両電解液を満たしたままとする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のレドックスフロー電池の運転方法。 An electrolyte solution tank provided in a circulation mechanism for circulating the one electrolyte solution is disposed at a higher position than an electrolyte solution tank provided in the circulation mechanism for circulating the other electrolyte solution,
The operating method of the redox flow battery according to any one of claims 1 to 3, wherein both the electrolytes are filled in the cell stack when both the electrolytes are not circulating.
前記正極電解液と前記負極電解液の循環から停止までの間、一方の電解液の循環量を他方の電解液の循環量よりも多くなるように、前記正極循環機構と前記負極循環機構とを制御する流量制御部を備えるレドックスフロー電池。 A cell stack in which a plurality of battery cells having a positive electrode, a negative electrode, and a diaphragm are stacked, a positive electrode circulation mechanism that circulates a positive electrode electrolyte in the cell stack, and a negative electrode circulation mechanism that circulates a negative electrode electrolyte in the cell stack A redox flow battery comprising:
The positive electrode circulation mechanism and the negative electrode circulation mechanism are arranged so that the circulation amount of one electrolyte solution is larger than the circulation amount of the other electrolyte solution between the circulation of the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte. A redox flow battery including a flow control unit for controlling.
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