JP2012164530A - Electrolyte circulation type battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自己放電を抑制することができる電解液流通型電池に関する。 The present invention relates to an electrolyte flow type battery capable of suppressing self-discharge.
昨今、地球温暖化への対策として、風力や太陽光などの再生可能エネルギーを利用した風力発電や太陽光発電の導入が世界的に推進されている。これらの発電出力は、天候に影響されるため、大量に導入が進むと、周波数や電圧の維持が困難になるといった電力系統の運用に際しての問題が提起されている。この問題への対策の一つとして、大容量の蓄電池を設置して、出力変動の平滑化、余剰電力の貯蔵、負荷平準化などを図ることが提案されている。 In recent years, the introduction of wind power generation and solar power generation using renewable energy such as wind power and sunlight has been promoted worldwide as a countermeasure against global warming. Since these power generation outputs are affected by the weather, there is a problem in the operation of the power system that it becomes difficult to maintain the frequency and voltage when a large amount of introduction proceeds. As one of countermeasures against this problem, it has been proposed to install a large capacity storage battery to smooth output fluctuation, store surplus power, and level load.
大容量の蓄電池の一つにレドックスフロー電池などの電解液流通型電池がある。レドックスフロー電池は、正極電極と負極電極との間に隔膜を介在させた電池セルに正極電解液及び負極電解液をそれぞれ供給して充放電を行う。電解液には、酸化還元により価数が変化する金属イオンを含有する水溶液が一般的に使用されている。レドックスフロー電池としては、例えば、正極電解液に鉄イオン水溶液、負極電解液にクロムイオン水溶液を用いた鉄‐クロム系レドックスフロー電池の他、正負極の電解液にバナジウムイオン水溶液を用いたバナジウム系レドックスフロー電池がよく知られている(例えば、特許文献1参照)。 One type of large-capacity storage battery is an electrolyte flow type battery such as a redox flow battery. A redox flow battery performs charge / discharge by supplying a positive electrode electrolyte and a negative electrode electrolyte to battery cells in which a diaphragm is interposed between a positive electrode and a negative electrode. As the electrolytic solution, an aqueous solution containing metal ions whose valence changes by oxidation and reduction is generally used. Redox flow batteries include, for example, iron-chromium redox flow batteries using an aqueous iron ion solution for the positive electrode electrolyte and an aqueous chromium ion solution for the negative electrode electrolyte, and a vanadium system using an aqueous vanadium ion solution for the positive and negative electrode electrolytes. Redox flow batteries are well known (see, for example, Patent Document 1).
図9は、従来の電解液流通型電池(レドックスフロー電池)を説明するための概要図である。レドックスフロー電池4は、電池セル10を備える。電池セル10は、イオンを透過することができる隔膜101で正極セル102と負極セル103とに区画され、正極セル102には正極電極104が、負極セル103には負極電極105がそれぞれ内蔵されている。また、レドックスフロー電池4は、正極用及び負極用にそれぞれ、電解液を貯蔵する電解液タンク20と、電解液を電解液タンク20と電池セル10(正極セル102、負極セル103)との間で循環させるための循環経路30と、循環経路30に電解液を循環させる循環ポンプ40と、を備える。循環経路30は、電解液を電解液タンク20から電池セル10(正極セル102、負極セル103)に送る往路配管31と、電解液を電池セル10(正極セル102、負極セル103)から電解液タンク20に戻す復路配管32とを有する。
FIG. 9 is a schematic view for explaining a conventional electrolyte flow type battery (redox flow battery). The
レドックスフロー電池4では、電解液タンク20の下部と電池セル10の下部とを連通するように往路配管31が接続され、電解液タンク20の上部と電池セル10の上部とを連通するように復路配管32が接続されている。そして、正極側及び負極側のそれぞれにおいて、循環ポンプ40が起動されることで、電解液タンク20から往路配管31を介して電解液が電池セル10に送られる。電池セル10に供給された電解液は、電池セル10の下方から内部を通って上方に排出され、復路配管32を介して電解液タンク20に戻されて循環する。電池セル10内では、電池反応(充放電反応)が行われる。なお、図9に示すレドックスフロー電池4では、正負極の電解液にバナジウムイオン水溶液を用いた場合を例に挙げている。また、図9中の電池セル内の実線矢印は充電反応を、破線矢印は放電反応をそれぞれ示す。
In the
レドックスフロー電池の電池セルは、一般に、正極電極と隔膜と負極電極とを有する複数の単位セルを積層させたセルスタックと呼ばれる形態で利用される。図10は、セルスタックを説明するための概要図である。セルスタック200は、双極板201を有するセルフレーム202、正極電極104、隔膜101、負極電極105、双極板201を有するセルフレーム202を順に繰り返し積層した構造となっている。図10に示すセルスタック200では、両側に一対のエンドプレート210を配置し、ボルトなどの締付部材220で両エンドプレート210を締め付けることで構成されている。
A battery cell of a redox flow battery is generally used in a form called a cell stack in which a plurality of unit cells each having a positive electrode, a diaphragm, and a negative electrode are stacked. FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the cell stack. The
電解液流通型電池(レドックスフロー電池)の自己放電を抑制することが望まれている。 It is desired to suppress self-discharge of an electrolyte flow type battery (redox flow battery).
レドックスフロー電池では、その仕様(出力/容量)などにも依るが、例えば170kW/8時間の仕様の場合、電池セル(セルスタック)と正負極用の各電解液タンク、各循環経路及び各循環ポンプとの基本構成を1ユニット(基本ユニット)とし、これを4ユニット組み合わせてシステムを構築することが挙げられる。つまり、上記した仕様のレドックスフロー電池(基本ユニット×4基)では、電池セルが4基、正負極用の電解液タンクがそれぞれ4基(正極電解液タンク4基+負極電解液タンク4基、計8基)必要となる。また、上記した仕様の場合、1基本ユニットのレドックスフロー電池において、例えば、電池セル1基あたりの重量は1500kg以上であり、電解液タンク1基あたりに貯蔵される電解液量は20m3(20000リットル)程度である。 For redox flow batteries, depending on the specifications (output / capacity), for example, in the case of 170 kW / 8 hours, the battery cells (cell stack), the electrolyte tanks for positive and negative electrodes, the circulation paths, and the circulations A basic configuration with the pump is one unit (basic unit), and a system is constructed by combining four units. That is, in the above-described redox flow battery (basic unit × 4 units), there are four battery cells and four positive and negative electrode electrolyte tanks (four positive electrode electrolyte tanks + four negative electrode electrolyte tanks, 8 units in total) In the case of the above specifications, in one basic unit redox flow battery, for example, the weight per battery cell is 1500 kg or more, and the amount of electrolyte stored per electrolyte tank is 20 m 3 (20000 Liter).
一方、レドックスフロー電池のレイアウトとして、図9に例示するように、電池セル10と電解液タンク20とを略水平に並設することが考えられる。上述したように電池セルは重量物であることから、電池セルを電解液タンクと同じように地面や床に設置することで、電池セルを支持するための堅牢な架台を設ける必要がなく、また、メンテナンスも行い易い。特に、電解液タンクに対してより高い位置に電池セルを設置する、即ち架台を高くする場合は、耐震設計を満たすように架台に堅牢性、強度が要求されることからコスト高となる。一方で、電解液タンクを埋設することも考えられるが、上述したように電解液タンクは大容積であることから、電解液タンクを埋設するコストが高い。よって、電池セルと電解液タンクとを略水平に並設することのメリットは大きいと考えられる。
On the other hand, as a redox flow battery layout, as illustrated in FIG. 9, it is conceivable that the
しかし、従来のレドックスフロー電池では、電池セルと電解液タンクとを略水平に並設した場合、循環ポンプが停止したとき、電池セル内の電解液の液面と電解液タンク内の電解液の液面とが等しくなり、電池セル内に電解液が残存することになる(図9参照)。なお、循環ポンプは、例えばメンテナンス時に停止させる他、電池の使用目的(用途)によって、起動と停止を繰り返す場合がある。そして、電池セル内に電解液が残存すると、次のような問題がある。 However, in the conventional redox flow battery, when the battery cell and the electrolyte tank are arranged substantially horizontally, when the circulation pump stops, the liquid level of the electrolyte in the battery cell and the electrolyte in the electrolyte tank The liquid level becomes equal, and the electrolytic solution remains in the battery cell (see FIG. 9). In addition, the circulation pump may be repeatedly started and stopped depending on the purpose of use (use) of the battery, in addition to being stopped during maintenance, for example. And when electrolyte solution remains in a battery cell, there exist the following problems.
(1)電池セル内で自己放電が起こり、電池の放電容量がその分低下する。
(2)自己放電により電解液が発熱することに伴い、電池セルを構成する部材(隔膜や電極など)の温度が上昇することで、これら部材の劣化が促進する。特に、循環ポンプの起動と停止が頻繁に繰り返されるような用途では、部材の劣化が著しい。
(1) Self-discharge occurs in the battery cell, and the discharge capacity of the battery decreases accordingly.
(2) As the electrolyte solution generates heat due to self-discharge, the temperature of the members (diaphragm, electrode, etc.) constituting the battery cell rises, thereby promoting the deterioration of these members. In particular, in applications where the circulation pump is frequently started and stopped, the members are significantly deteriorated.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、自己放電を抑制することができる電解液流通型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 to provide an electrolyte flow type battery capable of suppressing self-discharge.
本発明の電解液流通型電池は、電池セルと、電解液を貯蔵する電解液タンクと、電解液を電解液タンクから電池セルに送る往路配管と、電解液を電池セルから電解液タンクに戻す復路配管とを有する循環経路と、循環経路に電解液を循環させる循環ポンプと、を備える。そして、電池セルより低い位置に設置され、電池セル内の電解液を回収するための回収空間部と、電池セルと回収空間部とを連通する回収通路と、回収通路を開閉する第1開閉手段と、を備えることを特徴とする。 The electrolyte flow type battery of the present invention includes a battery cell, an electrolyte tank that stores the electrolyte, an outward piping that sends the electrolyte from the electrolyte tank to the battery cell, and an electrolyte that returns from the battery cell to the electrolyte tank. A circulation path having a return pipe, and a circulation pump for circulating the electrolyte in the circulation path. And it is installed in a position lower than the battery cell, a recovery space part for recovering the electrolytic solution in the battery cell, a recovery passage communicating the battery cell and the recovery space part, and a first opening / closing means for opening and closing the recovery path And.
この構成によれば、循環ポンプを停止させたとき、第1開閉手段を介して回収通路を開けることで、回収通路を通して電池セル内の電解液を回収空間部に回収することができる。よって、循環ポンプが停止したときに、電池セル内の電解液を抜くことができ、従来の電池に比較して電池セル内に残存する電解液量を低減することができる。一方、循環ポンプを起動し、循環経路に電解液を循環させて電池を運転しているときは、第1開閉手段を介して回収通路を閉じて、電解液が回収空間部に流入しないようにする。したがって、電池セル内に電解液が残存することによる自己放電を抑制することができ、自己放電による放電容量の低下、並びに、自己放電による電解液の発熱によって生じる電池セル10の構成部材の劣化を低減することができる。特に、電池セルと電解液タンクとが略水平に並設されている場合、又は電解液タンクが電池セルよりも高い位置に設置されている場合にその効果を発揮する。なお、回収空間部は、正極用と負極用にそれぞれ設けることが好ましいが、正極用又は負極用のいずれか一方にのみ設ければ、同様の効果が期待できる。
According to this configuration, when the circulating pump is stopped, the electrolyte in the battery cell can be collected in the collection space through the collection passage by opening the collection passage through the first opening / closing means. Therefore, when the circulation pump is stopped, the electrolytic solution in the battery cell can be removed, and the amount of the electrolytic solution remaining in the battery cell can be reduced as compared with the conventional battery. On the other hand, when the battery is operated by starting the circulation pump and circulating the electrolyte in the circulation path, the recovery passage is closed via the first opening / closing means so that the electrolyte does not flow into the recovery space. To do. Therefore, self-discharge due to the electrolyte remaining in the battery cell can be suppressed, the discharge capacity is reduced due to the self-discharge, and the deterioration of the constituent members of the
ここで、回収空間部は電池セルより低い位置に設置されているので、回収通路を開ければ、そのまま自然に電池セル内の電解液を回収空間部に導くことができる。また、回収空間部は、電池セル内の電解液を回収するためのもの(容器)であり、その大きさ(容積)も電解液タンクに比較して極めて小さくすることが可能である。よって、回収空間部を電池セルの下方に設置することは容易である。回収空間部は、例えば扁平容器状に形成したり、管を蛇行させて形成してもよい。 Here, since the recovery space portion is installed at a position lower than the battery cell, the electrolyte solution in the battery cell can be naturally guided to the recovery space portion as it is if the recovery passage is opened. The collection space is a container (container) for collecting the electrolytic solution in the battery cell, and its size (volume) can be extremely small as compared with the electrolytic solution tank. Therefore, it is easy to install the recovery space below the battery cell. For example, the recovery space may be formed in a flat container shape, or may be formed by meandering a tube.
本発明の電解液流通型電池の一形態としては、回収空間部の容積が電池セル内に流通する電解液の液量と同等以上であることが挙げられる。 As one form of the electrolyte flow type battery of the present invention, it is mentioned that the volume of the recovery space is equal to or greater than the amount of the electrolyte flowing in the battery cell.
この構成によれば、電池セル内に流通する電解液の液量と同等以上の容積を回収空間部に確保することで、循環ポンプが停止したときに、電池セル内に残存する電解液を完全に抜くことができる。その結果、自己放電をより確実に抑制することができる。ここで、上記した仕様の場合、電池セル1基あたりの電池セルの容積は、正極セル、負極セル共に100〜200リットル程度であり、電池セルの容積と電池セル内に流通する電解液量とは略等しい。よって、回収空間部の容積は、正負極の各セルの容積に合わせて、例えば100〜200リットル程度とすることが挙げられる。回収空間部の容積は、電池セル内に流通する電解液量と同等以上であればよく、電池セル内に流通する電解液量より大きくしてもよい。その場合、回収空間部が過剰に大きくならないように、電池セル内に流通する電解液量の例えば4倍以下にするとよい。 According to this configuration, by securing a volume in the recovery space that is equal to or greater than the amount of the electrolyte flowing in the battery cell, the electrolyte remaining in the battery cell is completely removed when the circulation pump is stopped. Can be pulled out. As a result, self-discharge can be more reliably suppressed. Here, in the case of the above specifications, the volume of the battery cell per battery cell is about 100 to 200 liters for both the positive electrode cell and the negative electrode cell, and the volume of the battery cell and the amount of the electrolyte flowing in the battery cell Are approximately equal. Therefore, the volume of the recovery space portion may be about 100 to 200 liters, for example, in accordance with the volume of each positive and negative cell. The volume of the recovery space may be equal to or greater than the amount of electrolyte flowing in the battery cell, and may be larger than the amount of electrolyte flowing in the battery cell. In that case, it is preferable that the amount of the electrolytic solution flowing in the battery cell is, for example, four times or less so that the recovery space portion does not become excessively large.
本発明の電解液流通型電池の一形態としては、第1開閉手段がバルブであることが挙げられる。 As one form of the electrolyte flow type battery of the present invention, the first opening / closing means is a valve.
この構成によれば、バルブを用いることで、第1開閉手段を容易に実現できる。第1開閉手段に使用するバルブは、回収通路の開閉が可能なものであれば、特に限定されるものではなく、手動バルブ又は自動バルブのいずれでもよい。 According to this configuration, the first opening / closing means can be easily realized by using the valve. The valve used for the first opening / closing means is not particularly limited as long as the recovery passage can be opened and closed, and may be either a manual valve or an automatic valve.
本発明の電解液流通型電池の一形態としては、第1開閉手段が自動バルブであり、第1開閉手段を制御する第1開閉手段制御部を有し、第1開閉手段制御部は、循環ポンプが停止するときに、第1開閉手段を介して回収通路を開けることが挙げられる。 As an embodiment of the electrolyte flow type battery of the present invention, the first opening / closing means is an automatic valve, and has a first opening / closing means control unit for controlling the first opening / closing means. For example, when the pump is stopped, the collection passage is opened through the first opening / closing means.
この構成によれば、第1開閉手段制御部を有することで、循環ポンプ停止時に、回収通路が自動的に開いて、電池セル内の電解液を抜く作業を自動で行うことができる。また、電池セル内の液抜き作業を自動で行うので、手動で行う場合に比較して簡便であり、ヒューマンエラーも防ぐことができる。自動バルブには、例えば電動式やエア式のものを用いることができる。 According to this configuration, by including the first opening / closing means control unit, when the circulation pump is stopped, the recovery passage is automatically opened, and the work of extracting the electrolyte in the battery cell can be automatically performed. Moreover, since the liquid draining operation in the battery cell is automatically performed, it is simpler than the case of manually performing the operation, and human error can be prevented. As the automatic valve, for example, an electric or pneumatic type can be used.
さらに、上記した第1開閉手段制御部を有する形態において、第1開閉手段制御部は、循環ポンプが起動するときに、第1開閉手段を介して回収通路を閉じることが好ましい。 Further, in the embodiment having the first opening / closing means control section, the first opening / closing means control section preferably closes the collection passage via the first opening / closing means when the circulation pump is activated.
この構成によれば、循環ポンプ起動時に、回収通路が自動的に閉じて、電池の運転中は、循環させる電解液が回収空間部に流入しない。 According to this configuration, the recovery passage is automatically closed when the circulation pump is activated, and the electrolyte to be circulated does not flow into the recovery space during the operation of the battery.
本発明の電解液流通型電池の一形態としては、往路配管を開閉する第2開閉手段を備えることが挙げられる。 As one form of the electrolyte flow type battery of the present invention, it may be provided with a second opening / closing means for opening / closing the forward piping.
この構成によれば、循環ポンプを停止させたとき、第2開閉手段を介して往路配管を閉じることで、電解液タンクの電解液が往路配管を通って回収空間部に流入しないようにすることができる。一方、循環ポンプを起動し、電池を運転しているときは、第2開閉手段を介して往路配管を開けて、循環経路に電解液を循環させる。 According to this configuration, when the circulation pump is stopped, the outward piping is closed via the second opening / closing means, so that the electrolytic solution in the electrolyte tank does not flow into the recovery space through the outward piping. Can do. On the other hand, when the circulation pump is activated and the battery is operating, the outward piping is opened via the second opening / closing means, and the electrolytic solution is circulated through the circulation path.
上記した第2開閉手段を備える形態において、第2開閉手段がバルブであることが挙げられる。 In the embodiment including the second opening / closing means described above, the second opening / closing means may be a valve.
この構成によれば、バルブを用いることで、第2開閉手段を容易に実現できる。第2開閉手段に使用するバルブは、往路配管の開閉が可能なものであれば、特に限定されるものではなく、手動バルブ又は自動バルブのいずれでもよい。 According to this configuration, the second opening / closing means can be easily realized by using the valve. The valve used for the second opening / closing means is not particularly limited as long as it can open and close the outward piping, and may be either a manual valve or an automatic valve.
上記した第2開閉手段を備える形態において、第2開閉手段が自動バルブであり、第2開閉手段を制御する第2開閉手段制御部を有し、第2開閉手段制御部は、循環ポンプが停止するときに、第2開閉手段を介して往路配管を閉じることが挙げられる。 In the embodiment including the second opening / closing means described above, the second opening / closing means is an automatic valve, and has a second opening / closing means control unit for controlling the second opening / closing means, and the second opening / closing means control unit has the circulation pump stopped. When closing, it is possible to close the forward piping via the second opening / closing means.
この構成によれば、第2開閉手段制御部を有することで、循環ポンプ停止時に、往路配管が自動的に閉じて、往路配管を閉じる作業を自動で行うことができる。また、往路配管の閉鎖作業を自動で行うので、手動で行う場合に比較して簡便であり、ヒューマンエラーも防ぐことができる。自動バルブには、例えば電動式やエア式のものを用いることができる。 According to this configuration, by including the second opening / closing means control unit, when the circulation pump is stopped, the forward piping is automatically closed, and the operation of closing the outward piping can be automatically performed. Further, since the closing operation of the outward piping is automatically performed, it is simpler than the case where it is manually performed, and human error can be prevented. As the automatic valve, for example, an electric or pneumatic type can be used.
さらに、上記した第2開閉手段制御部を有する形態において、第2開閉手段制御部は、循環ポンプが起動するときに、第2開閉手段を介して往路配管を開けることが好ましい。 Further, in the embodiment having the above-described second opening / closing means control section, it is preferable that the second opening / closing means control section opens the outward piping via the second opening / closing means when the circulation pump is activated.
この構成によれば、循環ポンプ起動時に、往路配管が自動的に開いて、電池の運転を開始することができる。 According to this configuration, when the circulation pump is activated, the outward piping is automatically opened, and the operation of the battery can be started.
より好ましくは、第1開閉手段及び第2開閉手段がそれぞれ自動バルブであり、第1開閉手段を制御する第1開閉手段制御部と、第2開閉手段を制御する第2開閉手段制御部とを有する制御手段を備える形態が挙げられる。制御手段は、循環ポンプが停止するときに、第2開閉手段制御部により第2開閉手段を介して往路配管を閉じると共に、第1開閉手段制御部により第1開閉手段を介して回収通路を開ける。また、循環ポンプが起動するときに、第1開閉手段制御部により第1開閉手段を介して回収通路を閉じると共に、第2開閉手段制御部により第2開閉手段を介して往路配管を開ける。 More preferably, each of the first opening / closing means and the second opening / closing means is an automatic valve, and includes a first opening / closing means control unit for controlling the first opening / closing means and a second opening / closing means control unit for controlling the second opening / closing means. The form provided with the control means which has is mentioned. When the circulating pump is stopped, the control means closes the forward piping via the second opening / closing means by the second opening / closing means control section and opens the recovery passage via the first opening / closing means by the first opening / closing means control section. . Further, when the circulation pump is started, the recovery passage is closed by the first opening / closing means control unit via the first opening / closing means, and the outward piping is opened by the second opening / closing means control unit via the second opening / closing means.
この構成は、上記した第1開閉手段制御部及び第2開閉手段制御部を有する形態である。よって、この構成によれば、循環ポンプ停止時に、回収通路が自動的に開くと共に往路配管が自動的に閉じて、電解液タンクの電解液が往路配管を通って回収空間部に流入しないようにしながら、回収通路を通して電池セル内の電解液を回収空間部に自動的に回収することができる。また、循環ポンプ起動時に、回収通路が自動的に閉じると共に往路配管が自動的に開いて、循環させる電解液が回収空間部に流入しないようにしながら、電池の運転を開始することができる。即ち、循環ポンプの状態に応じた回収通路及び往路配管の開閉作業を完全に自動化することができ、電池セル内の液抜き作業や電池の運転開始作業を正確に自動で行うことができる。そのため、これら作業を確実かつ正確に実行することができるので、特に、循環ポンプの停止・起動が繰り返されるような用途に適用した場合に効果が大きい。 This configuration has the above-described first opening / closing means control section and second opening / closing means control section. Therefore, according to this configuration, when the circulation pump is stopped, the recovery passage is automatically opened and the outward piping is automatically closed, so that the electrolytic solution in the electrolyte tank does not flow into the recovery space through the outward piping. However, the electrolytic solution in the battery cell can be automatically collected in the collection space through the collection passage. Further, when the circulation pump is activated, the operation of the battery can be started while the recovery passage is automatically closed and the outward piping is automatically opened so that the electrolyte to be circulated does not flow into the recovery space. That is, the opening / closing operation of the recovery passage and the outward piping according to the state of the circulation pump can be completely automated, and the operation of draining the liquid in the battery cell and the operation of starting the battery can be performed automatically and accurately. Therefore, these operations can be performed reliably and accurately, and this is particularly effective when applied to applications where the stop and start of the circulation pump are repeated.
本発明の電解液流通型電池の一形態としては、往路配管に、電解液タンク内の電解液の液面より高い位置に配設される高位置部が設けられ、電解液タンク内の気相部分と高位置部とを連通し、電解液タンク内の気相を高位置部に移動させるための第1気相配管を備えることが挙げられる。 As one form of the electrolyte flow type battery of the present invention, the outgoing pipe is provided with a high position portion disposed at a position higher than the liquid level of the electrolyte in the electrolyte tank, and the gas phase in the electrolyte tank It is possible to provide a first gas-phase pipe for communicating the part and the high position part and moving the gas phase in the electrolyte tank to the high position part.
この構成によれば、往路配管に高位置部が設けられることで、循環ポンプを停止させたとき、電解液タンクの電解液が高位置部を越えて電池セル側に流れないようにすることができる。よって、電解液タンクの電解液が往路配管を通って回収空間部に流入しないようにすることができる。この場合、上述したような第2開閉手段(例、バルブ)を省略することが可能である。また、第1気相配管を備えることで、電解液タンク内の気相が高位置部に移動し、往路配管(高位置部)が負圧になることを防ぎ、電解液タンクの電解液がサイフォンの原理で電池セル側に流れるのを防止できる。この第1気相配管には、往路配管の電解液が第1気相配管に逆流しないようにチェッキ弁を設けることが好ましい。その他、チェッキ弁の代わりにバルブを用いて、循環ポンプ停止時に、このバルブを介して第1気相配管を開けるようにしてもよい。なお、往路配管の高位置部は少なくとも一つあればよい。 According to this configuration, the high-position portion is provided in the outward piping, so that when the circulation pump is stopped, the electrolyte solution in the electrolyte tank does not flow beyond the high-position portion to the battery cell side. it can. Therefore, the electrolytic solution in the electrolytic solution tank can be prevented from flowing into the recovery space through the outward piping. In this case, the second opening / closing means (eg, a valve) as described above can be omitted. In addition, by providing the first gas phase piping, the gas phase in the electrolyte tank moves to a high position, and the forward piping (high position) is prevented from becoming negative pressure. The siphon principle can prevent the battery cell from flowing. The first vapor phase pipe is preferably provided with a check valve so that the electrolyte in the forward line does not flow backward to the first vapor line. In addition, a valve may be used instead of the check valve, and the first gas-phase pipe may be opened through this valve when the circulation pump is stopped. It should be noted that at least one high-position portion of the forward piping is sufficient.
本発明の電解液流通型電池の一形態としては、回収空間部と電解液タンクとを連通し、回収空間部内の電解液を電解液タンクに復帰させるための復帰配管と、復帰配管を介して、回収空間部内の電解液を電解液タンクに送液する送液ポンプと、を備えることが挙げられる。 As one form of the electrolyte flow type battery of the present invention, the recovery space and the electrolyte tank are communicated, and the return pipe for returning the electrolyte in the recovery space to the electrolyte tank, and the return pipe And a liquid feed pump for feeding the electrolytic solution in the recovery space to the electrolytic solution tank.
この構成によれば、回収空間部内の電解液を復帰配管を介し送液ポンプを用いて電解液タンクに送液することで、回収空間部に回収された電解液を再使用することができる。なお、回収空間部内の電解液を電解液タンクに戻す作業(電解液タンクへの液戻し作業)は、作業員が手作業で行うこともできるが、循環ポンプの停止・起動が繰り返されるような用途の場合、この構成を適用することで作業を効率的に実行することができる。また、この電解液タンクへの液戻し作業は、例えば、電池セル内の液抜き作業時や、電池の運転中に行うことが挙げられる。 According to this configuration, the electrolyte solution collected in the recovery space portion can be reused by feeding the electrolyte solution in the recovery space portion to the electrolyte solution tank using the liquid feed pump via the return pipe. The work of returning the electrolytic solution in the recovery space to the electrolytic solution tank (returning the electrolytic solution to the electrolytic solution tank) can be performed manually by an operator, but the circulation pump is repeatedly stopped and started. In the case of use, work can be efficiently performed by applying this configuration. In addition, the liquid returning operation to the electrolytic solution tank may be performed, for example, during the draining operation in the battery cell or during the operation of the battery.
上記した送液ポンプを備える形態において、送液ポンプが電動ポンプ又はエアポンプであることが挙げられる。 In the embodiment including the above-described liquid feed pump, the liquid feed pump may be an electric pump or an air pump.
送液ポンプには、電動ポンプやエアポンプを用いることができる。これらポンプは汎用性が高く、実現も容易である。エアポンプを使用する場合、例えば、回収空間部にエアポンプからエア(気体)を供給し、その圧力で回収空間部内の電解液を押出し、復帰配管を介して回収空間部内の電解液を電解液タンクに圧送することが挙げられる。 An electric pump or an air pump can be used as the liquid feed pump. These pumps are highly versatile and easy to implement. When using an air pump, for example, air (gas) is supplied from the air pump to the recovery space, and the electrolyte in the recovery space is pushed out by that pressure, and the electrolyte in the recovery space is supplied to the electrolyte tank via the return pipe. Pumping can be mentioned.
上記した送液ポンプを備える形態において、二次電池或いは無停電電源装置を有し、二次電池或いは無停電電源装置(UPS:Uninterruptible Power Supply)から送液ポンプに電力を供給することが挙げられる。 In the form provided with the above-mentioned liquid feed pump, it has a secondary battery or an uninterruptible power supply, and supplies power to a liquid feed pump from a secondary battery or an uninterruptible power supply (UPS). .
送液ポンプ(例、電動ポンプやエアポンプ)の電源に商用電源を用いた場合、停電時に、送液ポンプによる電解液タンクへの液戻し作業を行うことができない。そこで、この構成によれば、送液ポンプの電源に二次電池或いは無停電電源装置を用いることで、停電時であっても、送液ポンプによる電解液タンクへの液戻し作業を実行することができる。 When a commercial power source is used as a power source for a liquid feed pump (eg, an electric pump or an air pump), liquid return work to the electrolyte tank cannot be performed by the liquid feed pump at the time of a power failure. Therefore, according to this configuration, by using a secondary battery or an uninterruptible power supply for the power supply of the liquid feed pump, the liquid return operation to the electrolyte tank by the liquid feed pump can be performed even during a power failure. Can do.
上記した送液ポンプを備える形態において、電池セルから送液ポンプに電力を供給することが挙げられる。 In the embodiment provided with the liquid feeding pump described above, it is possible to supply power from the battery cell to the liquid feeding pump.
本発明の電解液流通型電池では、自己放電を抑制することを目的として、循環ポンプの停止時に、電池セル内の液抜き作業が行われる。ここで、電池セル内の電解液が完全に抜け切るまでにはある程度の時間がかかり、この間は電池セルに電圧が発生する。つまり、この間は電池セルから送液ポンプへの電力供給が可能となる。そこで、この構成によれば、送液ポンプの電源に電池セルを用いることで、電池セル内の液抜き作業中に発生する電池セルの電圧を有効利用して、送液ポンプによる電解液タンクへの液戻し作業を実行することができる。また、送液ポンプの電源として二次電池或いは無停電電源装置を別途有する必要がない。一方で、電池セルから電力を供給し送液ポンプを運転することで、電池セルの電圧がなくなった(電池の発電能力がなくなった)場合は、電池セル内に電解液が一部残存するようなことがあっても、そもそも自己放電が生じ得ないので、電池セル内の液抜き作業を中止してもよい。 In the electrolyte flow type battery of the present invention, the operation of draining the battery cell is performed when the circulation pump is stopped for the purpose of suppressing self-discharge. Here, a certain amount of time is required until the electrolyte in the battery cell is completely removed, and a voltage is generated in the battery cell during this time. That is, during this period, power can be supplied from the battery cell to the liquid feed pump. Therefore, according to this configuration, by using the battery cell as a power source of the liquid feeding pump, the voltage of the battery cell generated during the liquid draining operation in the battery cell can be effectively used, and the electrolyte tank by the liquid feeding pump can be used. The liquid return operation can be executed. Moreover, it is not necessary to have a secondary battery or an uninterruptible power supply as a power source for the liquid feeding pump. On the other hand, when the voltage of the battery cell is lost by supplying power from the battery cell and operating the liquid feeding pump (the power generation capacity of the battery is lost), a part of the electrolyte remains in the battery cell. In any case, since the self-discharge cannot occur in the first place, the liquid draining operation in the battery cell may be stopped.
上記した送液ポンプを備える形態において、電解液タンク内の気相部分と回収空間部とを連通し、電解液タンク内の気相を回収空間部に移動させるための第2気相配管を備えることが好ましい。 In the embodiment including the above-described liquid feed pump, a second gas phase pipe is provided for communicating the gas phase portion in the electrolyte tank and the recovery space portion and moving the gas phase in the electrolyte tank to the recovery space portion. It is preferable.
回収通路を閉じた状態で送液ポンプを起動し、回収空間部内の電解液を電解液タンクに送液すると、回収空間部が負圧になり、回収空間部が破損する虞がある。この構成によれば、第2気相配管を備えることで、電解液タンク内の気相が回収空間部に移動し、回収空間部が負圧になることを防ぎ、回収空間部の破損を防止できる。つまり、回収通路を開閉の状態に関係なく、例えば電池の運転中などであっても、送液ポンプによる電解液タンクへの液戻し作業が行い易い。 If the liquid feed pump is started with the collection passage closed and the electrolyte in the collection space is sent to the electrolyte tank, the collection space becomes negative pressure and the collection space may be damaged. According to this configuration, by providing the second gas-phase piping, the gas-phase in the electrolyte tank moves to the recovery space, prevents the recovery space from becoming negative pressure, and prevents the recovery space from being damaged. it can. That is, regardless of the state of opening and closing the recovery passage, even when the battery is in operation, for example, it is easy to perform the liquid return operation to the electrolyte tank by the liquid feeding pump.
上記した送液ポンプを備える形態において、回収空間部内の電解液の液量を検知する液量検知手段と、送液ポンプを制御する送液ポンプ制御部と、を有し、液量検知手段が、回収空間部内の電解液の液量が所定の上限以上になったことを検知したとき、送液ポンプ制御部が送液ポンプを起動し、送液ポンプが送液を開始することが挙げられる。 In the embodiment including the liquid feeding pump described above, the liquid amount detecting means for detecting the liquid amount of the electrolytic solution in the recovery space section and the liquid feeding pump control section for controlling the liquid feeding pump are provided, and the liquid amount detecting means In addition, when it is detected that the amount of the electrolytic solution in the recovery space portion has exceeded a predetermined upper limit, the liquid feed pump control unit starts the liquid feed pump, and the liquid feed pump starts the liquid feed. .
この構成によれば、回収空間部内の電解液量が所定の上限以上になったときに、送液ポンプが自動的に送液を開始するので、電解液タンクへの液戻し作業を自動で行うことができ、電池セル内の液抜き作業を繰り返し行うことができる。また、電解液タンクへの液戻し作業を自動で行うので、手動(手作業)で行う場合に比較して簡便であり、ヒューマンエラーも防ぐことができる。 According to this configuration, when the amount of the electrolytic solution in the recovery space portion exceeds a predetermined upper limit, the liquid feeding pump automatically starts liquid feeding, so that the liquid returning operation to the electrolytic solution tank is automatically performed. The liquid draining operation in the battery cell can be repeated. Moreover, since the liquid return operation to the electrolyte tank is automatically performed, it is simpler than that performed manually (manual operation), and human error can be prevented.
液量検知手段は、回収空間部内の電解液量を検知可能なものであれば、特に限定されるものではなく、例えばセンサやスイッチを使用することができる。センサとしては、例えば、光学式、静電容量式、超音波式、フロート式などの各種液面レベルセンサや液量センサが挙げられる。スイッチとしては、例えば、フロートスイッチなどのレベルスイッチが挙げられる。 The liquid amount detecting means is not particularly limited as long as it can detect the amount of the electrolytic solution in the collection space, and for example, a sensor or a switch can be used. Examples of the sensor include various liquid level sensors and liquid amount sensors such as an optical type, a capacitance type, an ultrasonic type, and a float type. Examples of the switch include a level switch such as a float switch.
上記した送液ポンプ制御部を有する形態において、液量検知手段が、回収空間部内の電解液の液量が所定の下限以下になったことを検知したとき、送液ポンプ制御部が送液ポンプを停止し、送液ポンプが送液を停止することが好ましい。 In the embodiment having the liquid feeding pump control unit described above, when the liquid amount detecting means detects that the amount of the electrolytic solution in the recovery space portion has become equal to or lower than a predetermined lower limit, the liquid feeding pump control unit detects the liquid feeding pump. It is preferable that the liquid feed pump stops the liquid feed.
この構成によれば、回収空間部内の電解液量が所定の下限以下になったとき、送液ポンプが自動的に送液を停止するので、電解液タンクへの液戻し作業を自動で終了することができる。 According to this configuration, when the amount of the electrolytic solution in the recovery space portion becomes equal to or lower than the predetermined lower limit, the liquid feeding pump automatically stops liquid feeding, so that the liquid returning operation to the electrolytic solution tank is automatically terminated. be able to.
上記した送液ポンプ制御部を有する形態において、送液ポンプ制御部がタイマーを有し、タイマーにより送液ポンプの起動から所定の時間が経過したことを検知したとき、送液ポンプ制御部が送液ポンプを停止し、送液ポンプが送液を停止することが好ましい。 In the embodiment having the liquid feed pump control unit described above, the liquid feed pump control unit has a timer, and when the timer detects that a predetermined time has elapsed since the start of the liquid feed pump, the liquid feed pump control unit It is preferable that the liquid pump is stopped and the liquid supply pump stops the liquid supply.
この構成によれば、送液ポンプの起動から所定の時間が経過したとき、送液ポンプが自動的に送液を停止するので、電解液タンクへの液戻し作業を自動で終了することができる。この場合、液量検知手段により回収空間部内の電解液の液量が所定の下限以下になったことを検知する必要がない。 According to this configuration, when a predetermined time has elapsed since the start of the liquid feeding pump, the liquid feeding pump automatically stops liquid feeding, so that the liquid return operation to the electrolyte tank can be automatically terminated. . In this case, it is not necessary to detect that the amount of the electrolytic solution in the recovery space portion has become equal to or lower than the predetermined lower limit by the liquid amount detecting means.
上記した第2開閉手段を備える形態において、停電時に、第2開閉手段が作動して往路配管を開け、電解液タンクから電池セルに電解液を供給することで、電池セルから循環ポンプに電力を供給することが挙げられる。 In the embodiment provided with the second opening / closing means described above, in the event of a power failure, the second opening / closing means is activated to open the outgoing piping, and the electrolytic solution is supplied from the electrolyte tank to the battery cell, thereby supplying power from the battery cell to the circulation pump. Supply.
本発明において、循環ポンプが停止した状態では、電池セル内の電解液が回収空間部に回収され、電池セル内が空になっている。この構成によれば、停電時などの非常事態に、往路配管が開き、電解液タンク内と電池セル内との液圧(ヘッド圧)差で電解液が電解液タンクから電池セルに往路配管を通って自動的に供給される。そして、電池セル内に電解液が供給されることで、電池セルの電圧が上昇し、電池セルから循環ポンプへの電力供給が可能となる。この電力を循環ポンプに供給することで、循環ポンプを起動して、電池の運転を開始することができる。電池の運転開始後、電池セルから循環ポンプに電力を供給し続けることで、停電時などの非常事態であっても、電池の運転を続けることが可能である。 In the present invention, when the circulation pump is stopped, the electrolytic solution in the battery cell is recovered in the recovery space, and the battery cell is empty. According to this configuration, in an emergency such as a power outage, the outward piping is opened, and the electrolyte is routed from the electrolytic solution tank to the battery cell due to the difference in hydraulic pressure (head pressure) between the electrolytic solution tank and the battery cell. Supplied automatically through. And by supplying electrolyte solution in a battery cell, the voltage of a battery cell rises and the electric power supply from a battery cell to a circulation pump is attained. By supplying this electric power to the circulation pump, the circulation pump can be activated to start the operation of the battery. By continuing to supply power from the battery cell to the circulation pump after the start of battery operation, the battery operation can be continued even in an emergency such as a power failure.
本発明の電解液流通型電池の一形態としては、レドックスフロー電池であることが挙げられる。 One embodiment of the electrolyte flow type battery of the present invention is a redox flow battery.
レドックスフロー電池としては、特に限定されるものではなく、例えば、正負極の電解液が以下の(1)〜(5)のいずれかであることが挙げられる。
(1)正極電解液は、マンガンイオンを含有し、負極電解液は、チタンイオン、バナジウムイオン、クロムイオン、亜鉛イオン、及びスズイオンから選択される少なくとも一種の金属イオンを含有する。
(2)正極電解液は、マンガンイオン及びチタンイオンの双方を含有し、負極電解液は、チタンイオン、バナジウムイオン、クロムイオン、亜鉛イオン、及びスズイオンから選択される少なくとも一種の金属イオンを含有する。
(3)正負極の電解液はそれぞれ、マンガンイオン及びチタンイオンの双方を含有する。
(4)正負極の電解液はそれぞれ、バナジウムイオンを含有する。
(5)正極電解液は、鉄イオンを含有し、負極電解液は、チタンイオン、バナジウムイオン、クロムイオン、亜鉛イオン、及びスズイオンから選択される少なくとも一種の金属イオンを含有する。
It does not specifically limit as a redox flow battery, For example, it is mentioned that the electrolyte solution of positive and negative electrodes is either of the following (1)-(5).
(1) The positive electrode electrolyte contains manganese ions, and the negative electrode electrolyte contains at least one metal ion selected from titanium ions, vanadium ions, chromium ions, zinc ions, and tin ions.
(2) The positive electrode electrolyte contains both manganese ions and titanium ions, and the negative electrode electrolyte contains at least one metal ion selected from titanium ions, vanadium ions, chromium ions, zinc ions, and tin ions. .
(3) Each of the positive and negative electrode electrolyte solutions contains both manganese ions and titanium ions.
(4) The positive and negative electrode electrolytes each contain vanadium ions.
(5) The positive electrode electrolyte contains iron ions, and the negative electrode electrolyte contains at least one metal ion selected from titanium ions, vanadium ions, chromium ions, zinc ions, and tin ions.
正負極の電解液を上記(1)〜(5)のいずれかとすることで、本発明の電解液流通型電池システムに好適なレドックスフロー電池を構成することができる。特に、上記(1)、(2)の電解液として、正極活物質にマンガンイオン、負極活物質に上記列挙したチタンイオンやバナジウムイオンなどを用いることで、高い起電力が得られる。上記(3)の電解液として、正極活物質にマンガンイオン、負極活物質にチタンイオンを用いることで、高い起電力が得られる。さらに、上記(2)、(3)の電解液として、正極活物質をマンガンイオンとし、別途チタンイオンを含有することで、高い起電力が得られる上に、電池抵抗の増加につながる析出物の発生を効果的に抑制することができる。上記(5)の電解液としては、正極電解液が鉄イオンを含有し、負極電解液がクロムイオンを含有する構成が好適である。 By setting the positive and negative electrode electrolytes to any one of the above (1) to (5), a redox flow battery suitable for the electrolyte flow battery system of the present invention can be configured. In particular, as the electrolytic solutions (1) and (2), high electromotive force can be obtained by using manganese ions as the positive electrode active material and titanium ions and vanadium ions listed above as the negative electrode active material. A high electromotive force can be obtained by using manganese ions for the positive electrode active material and titanium ions for the negative electrode active material as the electrolyte solution of (3) above. Furthermore, as the electrolyte solution of the above (2) and (3), the positive electrode active material is manganese ions, and by separately containing titanium ions, a high electromotive force is obtained, and precipitates that increase the battery resistance are obtained. Generation | occurrence | production can be suppressed effectively. As the electrolyte solution of the above (5), a configuration in which the positive electrode electrolyte solution contains iron ions and the negative electrode electrolyte solution contains chromium ions is preferable.
本発明の電解液流通型電池は、循環ポンプが停止したときに、電池セル内の電解液を抜くことができ、自己放電を効果的に抑制することができる。 When the circulation pump is stopped, the electrolyte flow type battery of the present invention can remove the electrolyte in the battery cell, and can effectively suppress self-discharge.
本発明の実施の形態を、図を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態では、バナジウム系レドックスフロー電池を例に挙げて説明する。図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the embodiment described below, a vanadium redox flow battery will be described as an example. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
(実施の形態1)
図1、2に示す実施の形態1に係るレドックスフロー電池1は、電池セル10と正負極用の各電解液タンク20、各循環経路30及び各循環ポンプ40との基本構成を備える点は、図8を用いて説明した従来のレドックスフロー電池4と同様である。よって、ここでは、基本構成についての説明は省略し、従来の電池との相違点を中心に説明する。
(Embodiment 1)
The
レドックスフロー電池1は、電池セル10内の電解液を回収するための回収空間部50と、電池セル10と回収空間部50とを連通する回収通路51と、回収通路51を開閉する第1開閉手段55と、往路配管31を開閉する第2開閉手段56と、を備える。この例では、回収空間部50、回収通路51、第1開閉手段55及び第2開閉手段56は、正極用と負極用にそれぞれ設けられている。また、このレドックスフロー電池1は、電池セル10と電解液タンク20とが略水平に並設されている。
The
回収空間部50は、電池セル10より低い位置に設置されており、この例では、電池セル10(正極セル102、負極セル103)内に流通する電解液の液量と同等以上の容積(例えば100〜200リットル程度)を有している。回収空間部50は、例えば扁平容器状のタンクである。また、この例では、電池セル10の下部と回収空間部50とを回収通路51で直接接続している。
The
第1開閉手段55及び第2開閉手段56はバルブであり、この例では、自動バルブを用いている。また、レドックスフロー電池1は、図3に示すように、第1開閉手段55を制御する第1開閉手段制御部91と、第2開閉手段56を制御する第2開閉手段制御部92とを有する制御手段90を備える。この制御手段90は、コンピュータや、リレーなどを用いたシーケンス回路で実現できる。制御手段90は、循環ポンプ40の状態、例えは循環ポンプ40の停止/起動信号に応じて、次のように動作する。循環ポンプ40が停止するときに、第2開閉手段制御部92により第2開閉手段56を介して往路配管31を閉じると共に、第1開閉手段制御部91により第1開閉手段55を介して回収通路51を開ける。また、循環ポンプ40が起動するときに、第1開閉手段制御部91により第1開閉手段55を介して回収通路51を閉じると共に、第2開閉手段制御部92により第2開閉手段56を介して往路配管31を開ける(図1〜3参照)。
The first opening / closing means 55 and the second opening / closing means 56 are valves, and in this example, automatic valves are used. Further, as shown in FIG. 3, the
循環ポンプ40の停止又は起動時におけるレドックスフロー電池1の動作について、図4に示すフローチャートを用いて説明する。
The operation of the
循環ポンプ40が起動し、循環経路30に電解液を循環させて運転しているときは、往路配管31が開いており、従来の電池と同様に、電解液タンク20から往路配管31を介して電解液が電池セル10に送られ、電池セル10内を通った電解液は、復路配管32を介して電解液タンク20に戻されて循環する。また、回収通路51は閉じられており、運転中は、循環経路30に循環させる電解液が回収空間部50に流入しない(図1参照)。
When the
次に、循環ポンプ40が停止するときは、回収通路51が自動的に開いて、回収通路51を通して電池セル10(正極セル102、負極セル103)内の電解液を回収空間部50に回収する。即ち、電池セル10内の電解液が抜かれる。また、このとき、往路配管31が自動的に閉じて、電解液タンク20の電解液が往路配管31を通って回収空間部50に流入しない(図2参照)。具体的には、図4の制御手段のフローチャートに示すように、循環ポンプ40の停止/起動信号を受信し、循環ポンプ40の停止信号である場合は、循環ポンプ40を停止し、第2開閉手段56を介して往路配管31を閉じ、第1開閉手段55を介して回収通路51を開けて終了する。ここで、回収通路51を開く前に往路配管31を閉じておくと、電解液タンク20の電解液が往路配管31を通って回収空間部50に流入することを確実に防止できて好ましい。
Next, when the
再び、循環ポンプ40が起動し、運転を開始するときは、回収通路51が自動的に閉じると共に往路配管31が自動的に開いて、循環経路30に循環させる電解液が回収空間部50に流入しないようにしながら、循環経路30に電解液を循環させて運転を開始する(図1参照)。具体的には、図4の制御手段のフローチャートに示すように、循環ポンプ40の停止/起動信号を受信し、循環ポンプ40の起動信号である場合は、第1開閉手段55を介して回収通路51を閉じ、第2開閉手段56を介して往路配管31を開け、循環ポンプ40を起動して終了する。ここでも、往路配管31を開く前に回収通路51を閉じておくと、循環経路30に循環させる電解液が回収空間部50に流入することを確実に防止できて好ましい。
When the
以上説明した実施の形態1に係るレドックスフロー電池1は、循環ポンプ40が停止したときに、電池セル10内の電解液を抜くことができるので、電池セル10内に電解液が残存することによる自己放電を抑制することができる。よって、自己放電による電池の放電容量の低下、並びに、自己放電による電解液の発熱に起因する電池セル10の構成部材の劣化を低減することができる。また、回収空間部50の容積が電池セル10内に流通する電解液の液量と同等以上であるので、電池セル10内に残存する電解液を完全に抜くことができる。さらに、制御手段により、循環ポンプ40の状態に応じて回収通路51及び往路配管31の開閉作業を自動で行うので、電池セル内の液抜き作業や電池の運転開始作業を正確に自動で行うことができる。特に、循環ポンプ40の停止・起動が繰り返されるような用途では、これら作業を確実かつ正確に実行することができるので、効果が大きい。
Since the
(実施の形態2)
図5、6に示す実施の形態2に係るレドックスフロー電池2は、往路配管31に高位置部35が設けられている点が、図1、2を用いて説明した実施の形態1に係るレドックスフロー電池1と相違する。よって、ここでは、レドックスフロー電池1との相違点を中心に説明する。
(Embodiment 2)
The
レドックスフロー電池2は、レッドクスフロー電池1の第2開閉手段56に替えて、往路配管31に、電解液タンク20内の電解液21の液面より高い位置に配設される高位置部35が設けられている。また、電解液タンク20内の気相部分22と高位置部35とを連通し、電解液タンク20内の気相を高位置部35に移動させるための第1気相配管60を備える。この第1気相配管60には、チェッキ弁61が設けられている。この例では、正極用と負極用の往路配管31に高位置部35がそれぞれ設けられている。
The
循環ポンプ40の停止又は起動時におけるレドックスフロー電池2の動作を説明する。
The operation of the
循環ポンプ40が起動し、循環経路30に電解液を循環させて運転しているときは、従来の電池と同様に、電解液タンク20から往路配管31を介して電解液が電池セル10に送られ、電池セル10内を通った電解液は、復路配管32を介して電解液タンク20に戻されて循環する。また、レドックスフロー電池1と同様に、回収通路51は閉じられており、運転中は、循環経路30に循環させる電解液が回収空間部50に流入しない(図5参照)。
When the
次に、循環ポンプ40が停止したときは、回収通路51が自動的に開いて、回収通路51を通して電池セル10(正極セル102、負極セル103)内の電解液を回収空間部50に回収する。また、このとき、往路配管31内の電解液の液面が電解液タンク20内の電解液の液面と等しくなり、電解液タンク20の電解液が高位置部35を越えて電池セル10側に流れない。よって、電解液タンク20の電解液が往路配管31を通って回収空間部50に流入しない(図6参照)。つまり、レドックスフロー電池2では、往路配管31に高位置部35を設けると共に、この高位置部35に第1気相配管60を接続することで、電解液タンク20の電解液が回収空間部50に流入することを防止している。これに対し、レドックスフロー電池1では、循環ポンプ40の停止時に、第2開閉手段56を介して往路配管31を閉じることで、電解液タンク20の電解液が回収空間部50に流入することを防止している。
Next, when the
再び、循環ポンプ40が起動し、運転を開始するときは、レドックスフロー電池1と同様に、回収通路51が自動的に閉じ、循環経路30に循環させる電解液が回収空間部50に流入しないようにしながら、循環経路30に電解液を循環させて運転を開始する(図5参照)。
When the
以上説明した実施の形態2に係るレドックスフロー電池2は、実施の形態1に係るレドックスフロー電池1のように往路配管31に第2開閉手段56を設けなくても、簡易な構成で同様の効果が期待できる。また、電解液タンク20内の気相部分と高位置部35とを第1気相配管60で接続することで、電池セル内の液抜き作業時に電解液タンク20内の気相が高位置部35に移動し、往路配管31(高位置部35)が負圧になることを防ぎ、電解液タンク20の電解液がサイフォンの原理で電池セル10側に流れるのを防止できる。さらに、第1気相配管60にチェッキ弁61を設けたことにより、往路配管31の電解液が第1気相配管60に逆流することもない。
The
次に、上記した実施の形態1、2に係るレドックスフロー電池1、2における各種変形例を説明する。
Next, various modifications of the
(変形例1)
上記したレドックスフロー電池1、2では、電池セル10の下部と回収空間部50とを回収通路51で直接接続する場合を例に説明したが、電池セル10の下部に変えて、電池セル10より下方に位置する往路配管31の途中に回収通路51を接続してもよい。この場合、レドックスフロー電池1の場合は、第2開閉手段56よりも電池セル10側の往路配管31の途中に回収通路51を接続し、レドックスフロー電池2の場合は、高位置部35よりも電池セル10側の往路配管31の途中に回収通路51を接続する。
(Modification 1)
In the
(変形例2)
上記したレドックスフロー電池1では、第1開閉手段55及び第2開閉手段56を自動バルブとし、回収通路51及び往路配管31の開閉作業を制御手段により自動で行う場合を例に説明したが、第1開閉手段55及び第2開閉手段56のいずれか一方又は両方を手動バルブとしてもよい。この場合、循環ポンプ40の停止又は起動時に、手動バルブとした第1開閉手段55及び第2開閉手段56のいずれか一方又は両方を手動で操作して、回収通路51及び往路配管31のいずれか一方又は両方の開閉作業を手動で行う。また、同様に、上記したレドックスフロー電池2においても、第1開閉手段55を手動バルブとしてもよく、この場合、循環ポンプ40の停止又は起動時に、第1開閉手段55を手動で操作して、回収通路51の開閉作業を手動で行う。
(Modification 2)
In the
(変形例3)
上記したレドックスフロー電池1、2では、回収空間部50を正極用と負極用にそれぞれ設ける場合を例に説明したが、回収空間部50を正極用又は負極用のいずれか一方にのみ設けてもよい。この場合であっても、自己放電を抑制する効果が期待できる。
(Modification 3)
In the above-described
(変形例4)
上記したレドックスフロー電池1において、停電時に、第2開閉手段56が作動して往路配管31を開け、電解液タンク20から電池セル10に電解液を供給することで、電池セル10から循環ポンプ40に電力を供給する構成を追加してもよい。
(Modification 4)
In the
上記したレドックスフロー電池1では、図2に示すように、循環ポンプ40が停止した状態では、電池セル10内の電解液が回収空間部50に回収され、電池セル10内が空になっており、一方で、電解液タンク20には電解液が貯蔵されている。そこで、停電時などの非常事態に、第2開閉手段56が作動して往路配管31を自動的に開くように構成しておけば、電解液タンク20内と電池セル10内とのヘッド圧差で電解液が電解液タンク20から電池セル10に往路配管31を通って自動的に供給される。そして、電池セル10内に電解液が供給されることで、電池セル10の電圧が上昇し、電池セル10から循環ポンプ40への電力供給が可能となる。この電力を循環ポンプ40に供給することで、循環ポンプ40を起動して、電池の運転を開始することができる。電池の運転開始後、電池セル10から循環ポンプ40に電力を供給し続けることで、停電時などの非常事態であっても、電池の運転を続けることが可能である。なお、第2開閉手段56が手動バルブの場合は、停電時などの非常事態に、第2開閉手段56を手動で操作して往路配管31を開けてもよい。また、この構成を追加する場合、停電時などの非常事態に、第1開閉手段55を介して回収通路51を閉じておくことが好ましく、第1開閉手段55が作動して回収通路51を自動的に閉じるように構成しておくことが好ましい。
In the
停電時に第2開閉手段56が作動して往路配管31を自動的に開くように構成するには、例えば、第2開閉手段作動用の補助電源(例、二次電池や無停電電源装置)を別途用意し、この補助電源から第2開閉手段56に電力を供給すればよい。また同様に、停電時に第1開閉手段55が作動して回収通路51を自動的に閉じるように構成するには、例えば、第1開閉手段作動用の補助電源(例、二次電池や無停電電源装置)を別途用意し、この補助電源から第1開閉手段55に電力を供給すればよい。
In order to configure the second opening / closing means 56 to automatically open the
(実施の形態3)
図7に示す実施の形態3に係るレドックスフロー電池3は、復帰配管70と送液ポンプ71とを備える点が、図1、2を用いて説明した実施の形態1に係るレドックスフロー電池1と相違する。よって、ここでは、レドックスフロー電池1との相違点を中心に説明する。
(Embodiment 3)
The
レドックスフロー電池3は、回収空間部50と電解液タンク20とを連通し、回収空間部50内の電解液を電解液タンク20に復帰させるための復帰配管70と、復帰配管70を介して、回収空間部50内の電解液を電解液タンク20に送液する送液ポンプ71と、を備える。
The
送液ポンプ71は、この例では、電動ポンプであり、復帰配管70の途中に取り付けられている。また、復帰配管70は、回収空間部50の下部と電解液タンク20の上部とを連通するように接続されている。ここで、送液ポンプには、エアポンプを用いることもできる。エアポンプを使用する場合、例えば、回収空間部50にエアポンプを取り付け、エアポンプからエア(気体)を供給して、その圧力で回収空間部50内の電解液を押出し、復帰配管70を介して回収空間部50内の電解液を電解液タンク20に圧送することが考えられる。
In this example, the
上述したように、循環ポンプ40の停止時には、電池セル10内の電解液が回収空間部50に回収される。レドックスフロー電池3によれば、回収空間部50内の電解液を復帰配管70を介し送液ポンプ71を用いて電解液タンク20に送液する(戻す)ことができ、回収空間部50に回収された電解液を再使用することができる。特に、循環ポンプ40の停止・起動が繰り返されるような用途では、送液ポンプ71により電解液タンクへの液戻し作業を効率的に実行することができるので、効果が大きい。なお、電解液タンクへの液戻し作業は、作業員が手動ポンプやバケツなどを用いて手作業で行うことができることは勿論である。また、この電解液タンクへの液戻し作業は、例えば、電池セル内の液抜き作業時や、電池の運転中に行うことが挙げられる。
As described above, the electrolytic solution in the
ここでは、実施の形態1に係るレドックスフロー電池1に、復帰配管70と送液ポンプ71とを追加する場合を例に挙げて説明したが、実施の形態2に係るレドックスフロー電池2においても、復帰配管と送液ポンプとを同様に追加することができることは勿論である。
Here, the case where the
(変形例5)
上記したレドックスフロー電池3において、二次電池或いは無停電電源装置などの補助電源を有し、この補助電源から送液ポンプに電力を供給する構成を追加してもよい。
(Modification 5)
The above-described
送液ポンプ71(例、電動ポンプやエアポンプ)の電源に商用電源を用いた場合、停電時に、送液ポンプ71による電解液タンクへの液戻し作業を行うことができない。そこで、送液ポンプ71の電源に補助電源(例、二次電池や無停電電源装置)を用いることで、停電時であっても、送液ポンプ71による電解液タンクへの液戻し作業を実行することができる。
When a commercial power source is used as the power source of the liquid feed pump 71 (eg, electric pump or air pump), the liquid return operation to the electrolyte tank by the
(変形例6)
上記したレドックスフロー電池3において、電池セル10から送液ポンプ71に電力を供給する構成を追加してもよい。
(Modification 6)
In the
電池セル内の液抜き作業時、電池セル10内の電解液が完全に抜け切るまでにはある程度の時間を要し、この間は電池セル10に電圧が発生する。つまりこの間は電池セル10から送液ポンプ40への電力供給が可能となる。そこで、送液ポンプ71の電源に電池セル10を用いることで、電池セル10内の液抜き作業中に発生する電池セル10の電圧を有効利用して、送液ポンプ71による電解液タンクへの液戻し作業を実行することができる。また、送液ポンプ71の電源として二次電池或いは無停電電源装置を別途有する必要がない。一方で、電池セル10から電力を供給し送液ポンプ71を運転することで、電池セル10の電圧がなくなった(電池の発電能力がなくなった)場合は、電池セル10内に電解液が一部残存するようなことがあっても、そもそも自己放電が生じ得ないので、電池セル内の液抜き作業を中止してもよい。
At the time of draining the liquid in the battery cell, a certain amount of time is required until the electrolyte in the
(変形例7)
上記したレドックスフロー電池3において、図8に示すように、電解液タンク20内の気相部分と回収空間部50とを連通し、電解液タンク20内の気相を回収空間部50に移動させるための第2気相配管80を備える構成を追加してもよい。
(Modification 7)
In the
図7に示すレドックスフロー電池3において、第1開閉手段55を介して回収通路51を閉じた状態で送液ポンプ71を起動し、回収空間部50内の電解液を電解液タンク20に送液すると、回収空間部が負圧になり、回収空間部が破損する虞がある。そこで、図8に示すように、電解液タンク20内の気相部分と回収空間部50とを第2気相配管80で接続することで、送液ポンプ71による電解液タンクへの液戻し作業時に電解液タンク20内の気相が回収空間部50に移動し、回収空間部50が負圧になることを防ぎ、回収空間部50の破損を防止できる。つまり、回収通路51を開閉の状態に関係なく、例えば電池の運転中などであっても、送液ポンプ71による電解液タンクへの液戻し作業が行い易い。
In the
(変形例8)
上記したレドックスフロー電池3において、回収空間部50内の電解液の液量を検知する液量検知手段と、送液ポンプ71を制御する送液ポンプ制御部と、を有する構成を追加してもよい。
(Modification 8)
In the
液量検知手段は、回収空間部50内の電解液量を検知可能なものであれば、特に限定されるものではなく、例えばセンサやスイッチを使用することができる。センサとしては、例えば、光学式、静電容量式、超音波式、フロート式などの各種液面レベルセンサや液量センサが挙げられる。スイッチとしては、例えば、フロートスイッチなどのレベルスイッチが挙げられる。また、送液ポンプ制御部は、上述した第1開閉手段制御部と第2開閉手段制御部とを有する制御手段(コンピュータ)に組み込む他、リレーなどを用いたシーケンス回路で実現してもよい。
The liquid amount detection means is not particularly limited as long as it can detect the amount of the electrolytic solution in the
この変形例8のレドックスフロー電池では、液量検知手段が、回収空間部50内の電解液の液量が所定の上限以上になったことを検知したとき、送液ポンプ制御部が送液ポンプ71を起動し、送液ポンプ71が送液を開始する。よって、回収空間部50内の電解液量が所定の上限以上になったときに、送液ポンプ71が自動的に送液を開始するので、電解液タンク20への液戻し作業を自動で行うことができる。また、電池セル内の液抜き作業を繰り返し行っても、回収空間部50内が回収された電解液で満杯になることがない。さらに、回収空間部50の容積が電池セル10内に流通する電解液量より小さい場合であっても、電池セル10内の電解液が完全に抜け切るまで電池セル内の液抜き作業を支障なく実行することができる。
In the redox flow battery according to the modified example 8, when the liquid amount detecting means detects that the amount of the electrolytic solution in the
(変形例9)
上記した変形例8のレドックスフロー電池において、液量検知手段が、回収空間部50内の電解液の液量が所定の下限以下になったことを検知したとき、送液ポンプ制御部が送液ポンプ71を停止し、送液ポンプ71が送液を停止する構成を追加してもよい。
(Modification 9)
In the redox flow battery of the above-described modified example 8, when the liquid amount detecting means detects that the amount of the electrolytic solution in the
この変形例9のレドックスフロー電池では、回収空間部50内の電解液量が所定の下限以下になったとき、送液ポンプ71が自動的に送液を停止するので、電解液タンクへの液戻し作業を自動で終了することができる。
In the redox flow battery of this modified example 9, when the amount of the electrolytic solution in the
(変形例10)
上記した変形例8のレドックスフロー電池において、送液ポンプ制御部がタイマーを有し、タイマーにより送液ポンプ71の起動から所定の時間が経過したことを検知したとき、送液ポンプ制御部が送液ポンプ71を停止し、送液ポンプ71が送液を停止する構成を追加してもよい。
(Modification 10)
In the redox flow battery of Modification 8 described above, the liquid feed pump control unit has a timer, and when the timer detects that a predetermined time has elapsed since the start of the
この変形例10のレドックスフロー電池では、送液ポンプ71の起動から所定の時間が経過したとき、送液ポンプ71が自動的に送液を停止するので、電解液タンクへの液戻し作業を自動で終了することができる。上記した変形例9のレドックスフロー電池では、液量検知手段により回収空間部50内の電解液の液量が所定の下限以下になったことを検知する必要がある。これに対し、この変形例10のレッドクスフロー電池では、タイマーを用いるため、液量検知手段により回収空間部50内の電解液の液量が所定の下限以下になったことを検知しなくてもよい。そのため、液量検知手段は、回収空間部内の電解液の液量が所定上限になったことのみを検知すればよく、上記したセンサやスイッチの数を減らすことができる。
In the redox flow battery of this modified example 10, when a predetermined time has elapsed since the start of the
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、電解液の種類や、第1開閉手段及び第2開閉手段に用いるバルブの種類などを適宜変更してもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the gist of the present invention. For example, you may change suitably the kind of electrolyte solution, the kind of valve | bulb used for a 1st opening / closing means and a 2nd opening / closing means.
本発明の電解液流通型電池は、出力変動の平滑化、余剰電力の貯蔵、負荷平準化などを図ることを目的とした大容量蓄電池に好適に利用可能である。 The electrolyte flow type battery of the present invention can be suitably used for a large-capacity storage battery for the purpose of smoothing output fluctuations, storing surplus power, leveling loads, and the like.
1,2,3,4 電解液流通型電池(レドックスフロー電池)
10 電池セル
101 隔膜 102 正極セル 103 負極セル
104 正極電極 105 負極電極
20 電解液タンク
21 電解液 22 気相部分
30 循環経路
31 往路配管 32 復路配管 35 高位置部
40 循環ポンプ
200 セルスタック
201 双極板 202 セルフレーム
210 エンドプレート 220 締結部材
50 回収空間部 51 回収通路
55 第1開閉手段 56 第2開閉手段
60 第1気相配管 61 チェッキ弁
70 復帰配管 71 送液ポンプ
80 第2気相配管
90 制御手段
91 第1開閉手段制御部 92 第2開閉手段制御部
1,2,3,4 electrolyte flow type battery (redox flow battery)
10 battery cells
101 Diaphragm 102
104
20 Electrolyte tank
21 Electrolyte 22 Gas phase part
30 Circulation path
31 Outward piping 32 Return piping 35 High position
40 Circulation pump
200 cell stack
201
210
50
55 First opening / closing means 56 Second opening / closing means
60 First gas phase piping 61 Check valve
70 Return piping 71 Liquid feed pump
80 Second gas phase piping
90 Control means
91 First opening / closing means
Claims (21)
電解液を貯蔵する電解液タンクと、
前記電解液を前記電解液タンクから前記電池セルに送る往路配管と、前記電解液を前記電池セルから前記電解液タンクに戻す復路配管とを有する循環経路と、
前記循環経路に前記電解液を循環させる循環ポンプと、を備える電解液流通型電池であって、
前記電池セルより低い位置に設置され、前記電池セル内の前記電解液を回収するための回収空間部と、
前記電池セルと前記回収空間部とを連通する回収通路と、
前記回収通路を開閉する第1開閉手段と、を備えることを特徴とする電解液流通型電池。 A battery cell;
An electrolyte tank for storing the electrolyte;
A circulation path having an outward piping for sending the electrolytic solution from the electrolytic solution tank to the battery cell, and a return piping for returning the electrolytic solution from the battery cell to the electrolytic solution tank;
An electrolyte flow type battery comprising a circulation pump for circulating the electrolyte in the circulation path,
Installed in a position lower than the battery cell, and a recovery space for recovering the electrolyte in the battery cell;
A collection passage communicating the battery cell and the collection space;
And a first open / close means for opening and closing the recovery passage.
前記第1開閉手段を制御する第1開閉手段制御部を有し、
前記第1開閉手段制御部は、前記循環ポンプが停止するときに、前記第1開閉手段を介して前記回収通路を開けることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電解液流通型電池。 The first opening / closing means is an automatic valve;
A first opening / closing means controller for controlling the first opening / closing means;
The electrolysis according to any one of claims 1 to 3, wherein the first opening / closing means controller opens the recovery passage through the first opening / closing means when the circulation pump stops. Liquid-flow battery.
前記第2開閉手段を制御する第2開閉手段制御部を有し、
前記第2開閉手段制御部は、前記循環ポンプが停止するときに、前記第2開閉手段を介して前記往路配管を閉じることを特徴とする請求項6又は7に記載の電解液流通型電池。 The second opening / closing means is an automatic valve;
A second opening / closing means controller for controlling the second opening / closing means;
The electrolyte flow type battery according to claim 6 or 7, wherein the second opening / closing means control section closes the outward piping via the second opening / closing means when the circulation pump stops.
前記第1開閉手段を制御する第1開閉手段制御部と、前記第2開閉手段を制御する第2開閉手段制御部とを有する制御手段を備え、
前記制御手段は、
前記循環ポンプが停止するときに、前記第2開閉手段制御部により前記第2開閉手段を介して前記往路配管を閉じると共に、前記第1開閉手段制御部により前記第1開閉手段を介して前記回収通路を開け、
前記循環ポンプが起動するときに、前記第1開閉手段制御部により前記第1開閉手段を介して前記回収通路を閉じると共に、前記第2開閉手段制御部により前記第2開閉手段を介して前記往路配管を開けることを特徴とする請求項6又7に記載の電解液流通型電池。 Each of the first opening / closing means and the second opening / closing means is an automatic valve,
A control means having a first opening / closing means control section for controlling the first opening / closing means and a second opening / closing means control section for controlling the second opening / closing means;
The control means includes
When the circulation pump is stopped, the second opening / closing means control unit closes the outward piping via the second opening / closing means, and the first opening / closing means control unit passes the first opening / closing means to the recovery. Open the passage,
When the circulating pump is activated, the first opening / closing means control unit closes the recovery passage via the first opening / closing means, and the second opening / closing means control unit passes the second opening / closing means to the forward path. 8. The electrolyte flow type battery according to claim 6 or 7, wherein piping is opened.
前記電解液タンク内の気相部分と前記高位置部とを連通し、前記電解液タンク内の気相を前記高位置部に移動させるための第1気相配管を備えることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の電解液流通型電池。 A high position portion disposed at a position higher than the liquid level of the electrolytic solution in the electrolytic solution tank is provided in the outward piping,
The gas phase part in the said electrolyte tank and the said high position part are connected, The 1st gas phase piping for moving the gas phase in the said electrolyte tank to the said high position part is provided, It is characterized by the above-mentioned. Item 11. The electrolyte flow type battery according to any one of Items 1 to 10.
前記復帰配管を介して、前記回収空間部内の前記電解液を前記電解液タンクに送液する送液ポンプと、を備えることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の電解液流通型電池。 A return pipe for communicating the recovery space and the electrolyte tank, and for returning the electrolyte in the recovery space to the electrolyte tank;
The electrolysis according to any one of claims 1 to 11, further comprising: a liquid feed pump for feeding the electrolytic solution in the recovery space to the electrolytic solution tank through the return pipe. Liquid-flow battery.
前記二次電池或いは無停電電源装置から前記送液ポンプに電力を供給することを特徴とする請求項12又は13に記載の電解液流通型電池。 Has a secondary battery or uninterruptible power supply,
The electrolyte flow type battery according to claim 12 or 13, wherein electric power is supplied from the secondary battery or the uninterruptible power supply to the liquid feeding pump.
前記送液ポンプを制御する送液ポンプ制御部と、を有し、
前記液量検知手段が、前記回収空間部内の前記電解液の液量が所定の上限以上になったことを検知したとき、前記送液ポンプ制御部が前記送液ポンプを起動し、前記送液ポンプが送液を開始することを特徴とする請求項12〜16のいずれか一項に記載の電解液流通型電池。 A liquid amount detecting means for detecting the amount of the electrolytic solution in the recovery space;
A liquid feed pump control unit for controlling the liquid feed pump,
When the liquid amount detecting means detects that the amount of the electrolytic solution in the recovery space portion exceeds a predetermined upper limit, the liquid feed pump control unit activates the liquid feed pump, and the liquid feed pump The pump starts the liquid feeding, and the electrolyte solution flow type battery according to any one of claims 12 to 16.
前記タイマーにより前記送液ポンプの起動から所定の時間が経過したことを検知したとき、前記送液ポンプ制御部が前記送液ポンプを停止し、前記送液ポンプが送液を停止することを特徴とする請求項17に記載の電解液流通型電池。 The liquid feed pump control unit has a timer,
When the timer detects that a predetermined time has elapsed since the start of the liquid feeding pump, the liquid feeding pump control unit stops the liquid feeding pump, and the liquid feeding pump stops liquid feeding. The electrolyte solution type battery according to claim 17.
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