氧化还原液流电池的制作方法
【专利摘要】一种氧化还原液流电池(1、2、3、4、5)，通过设置于罐(106、107)的上方侧的泄漏防止孔(10h、20h、30h、40h)，在上游配管(11、21)等的事故时，经由容纳配管(10A、10B、10C、10D、30A、20A、20B、20C)和上游配管(11、21)的一部分所形成的倒U字状的配管，根据虹吸管的原理能够降低罐(106、107)内的电解液的泄漏量。
【专利说明】氧化还原液流电池
【技术领域】
[0001]本发明涉及氧化还原液流电池(以下，也称为“RF电池”)。特别是涉及能够降低事故时等罐内的电解液的泄漏量的RF电池。
【背景技术】
[0002]近年来，作为地球温暖化的对策，在世界范围内推广太阳光发电和风力发电这样的新能源的引入。这些发电输出受到气候影响，因此若进行大量地引入，则预测存在频率或电压的维持变得困难这样的电力系统的运用时的问题。作为该问题的对策之一，期待设置大容量的蓄电池，从而谋求输出变动的平滑化、剩余电力的储存和负载平均化等。
[0003]大容量的蓄电池之一是RF电池。图6表示专利文献I (日本特开2001-43884号公报)所示的现有的RF电池的形态。如图6所示，现有的RF电池100具有在内置正极电极104的正极电池单元102与内置负极电极105的负极电池单元103之间介入隔膜101的电池要素IOOc和循环机构(罐106、107 ;上游配管108、109 ;下游配管110、111 ;泵112、113)，利用循环机构，能够向电池要素IOOc循环供给正极电解液以及负极电解液而进行充放电。作为典型的电解液，利用含有通过氧化还原使价数变化的钒离子这样的金属离子的水溶液。此外，在图6中，罐106、107内的离子是一种例示。另外，在图6中，实线的箭头表示充电，虚线的箭头表示放电。
[0004]在现有的RF电池100中，向电池要素IOOc供给正负各极的电解液的上游配管
108、109的一端安装于罐106、107的底部侧(下方侧)，另一端安装于电池要素IOOc的底部侧(下方侧)。另外，在现有的RF电池100中，将来自电池要素IOOc的电解液返回到各极的罐106、107的下游配管110、111安装于罐106、107的上方侧。
[0005]但是，在现有的RF电池100中，在发生了上游配管108、109和/或泵112、113破损等事故的情况下，存在正负各极的罐106、107内的电解液大部分泄漏的问题。
[0006]用于RF电池的电解液是硫酸溶液等危险品，因此若大量泄漏，则担心损害作业者的安全性、对环境产生影响或者污损周边设备。
[0007]另外，用于RF电池的电解液具有导电性，因此担心漏电、或者在正极电池单元与负极电池单元之间以及RF电池与周边设备之间发生短路。在将下游配管的一端安装于罐的下方的情况下也存在同样的问题。
[0008]因此，希望即使在发生了 RF电池的配管和/或泵的破损这样的事故的情况下，也能够尽可能地降低从罐泄漏的电解液的量。
【发明内容】
[0009]因此，本发明的目的在于提供一种能够降低在事故时等的罐内的电解液的泄漏量的氧化还原液流电池。
[0010]作为用于解决上述课题的方式考虑如下方式:将罐中的电解液的取出口设置于例如罐内的电解液的液面侧即罐的上方侧，从而将罐内的电解液供给到电池要素。[0011]根据该方式，即使在发生了上述事故的情况下，作为向罐的外部泄漏的电解液仅是罐内的电解液中比取出口位于上方的电解液。在该方式中，通过罐内的电解液的取出口的设置位置，能够限制罐内的电解液的泄漏量。因此，可以说罐内的电解液的取出口的设置位置越高于罐的底部、换言之越是罐内的电解液的液面附近，越能够降低来自罐的电解液的泄漏量。
[0012]但是，在将电解液的取出口设置于罐的上方侧，并且将下游配管安装于罐的上方侧的情况下，将经由下游配管返回到罐的上方侧的电解液直接从设置于罐的上方侧的取出口供给到电池要素。由此，在罐内电解液不能充分对流，主要利用的仅是罐内的一部分的电解液(罐内的液面附近的电解液)，因此产生了实质上没有用于充放电的电解液。上述电解液的利用率的降低导致RF电池的特性的降低。
[0013]因此，本发明人研究了在罐内设置配管，以将取出口设置于罐内的电解液的液面侦牝并且不仅能够取出该取出口附近的电解液还能够取出罐的底部侧的电解液。
[0014]另外，例如图6所示的现有的RF电池100，在采用地面等支撑上游配管108、109的一部分和泵112、113的方式的情况下，不仅能够不需要支架等支撑部件，还容易进行上游配管108、109和泵112、113的维护。
[0015]因此，本发明人研究了在罐内容纳配管并且将上游配管的一部分和泵设置于罐内的电解液的底部侧的方式。在该方式中，容纳于罐内的配管的一端在罐的底部侧开口，上游配管的一部分设置于比罐内所容纳的配管的开口部高的位置，并且上游配管的其他的一部分设置于比罐内的电解液的液面低的位置。
[0016]于是，在该方式中，容纳于罐内的配管和上游配管的一部分形成倒U字状，因此由于上述事故，担心罐内的电解液根据虹吸管的原理，经由倒U字状部分向罐的外部泄漏。
[0017]另外，本发明人研究了将容纳于罐内的配管与下游配管连接从而将来自电池要素的电解液返回到罐的底部侧的方式。具体而言，在罐的上方侧设置电解液的返回口(下游配管的开口部)，将容纳于罐的配管连接到该返回口，进而使容纳于罐内的配管在罐的底部侧开口。在该方式中，在将罐内的电解液的取出口设置于罐的上方侧的情况下，能够提高罐内的电解液的利用率。
[0018]但是，在该方式中，如上述那样在采用地面等支撑泵等的情况下，上游配管的一部分设置于比罐内的电解液的液面低的位置。因此，在该方式中，容纳于罐内的配管和上游配管的一部分经由电池要素设置成倒U字状。因此，在该方式中，由于上述事故，担心罐内的电解液根据虹吸管的原理，经由倒U字状部分向罐的外部泄漏。
[0019]研究了以上点的结果，本发明提案:(1)将上游配管或下游配管在罐内的电解液的液面侧开口 ；(2)在罐内设置配管；(3)将罐内的配管在罐的底部侧开口并且与上游配管或下游配管连接；以及(4)在罐内的配管的特定的位置设置贯通孔。
[0020]本发明的RF电池将罐内的电解液供给到电池要素从而进行充放电，具有将罐内的电解液供给到电池要素的上游配管、和将来自电池要素的电解液返回到罐的下游配管。另外，由上游配管、电池要素和下游配管构成的电解液流路的一部分成为设置于比罐内的电解液的液面低的位置的低位置部。另外，本发明的RF电池具有设置于罐内且与上游配管或下游配管连接的容纳配管。与容纳配管的一端连接的上游配管或下游配管的一端在罐内的电解液的液面附近的位置或液面的上方空间开口。容纳配管的另一端在罐的底部附近的位置开口。在容纳配管中罐内的电解液的液面附近的位置设置有泄漏防止孔。而且，泄漏防止孔小于容纳配管的另一端侧的开口部。
[0021]本发明中“液面附近的位置”是指:在没有发生上述事故的状态下，在将从罐的底部到该罐内的电解液的液面的距离设为L时，离罐的底部大于(L/2)且小于L的位置。另夕卜，本发明中“底部附近的位置”是指离罐的底部(L/2)以下的位置。
[0022]另外，在本发明的RF电池中，在容纳配管与上游配管连接的情况下，在罐内的电解液的液面附近的位置或液面的上方侧，即，罐的上方侧设置罐内的电解液的取出口(上游配管的一端侧的开口部)，将来自该取出口的电解液供给到电池要素。
[0023]另外，在本发明的RF电池中，在容纳配管与下游配管连接的情况下，在罐的上方侧设置电解液的返回口(下游配管的一端侧的开口部)，将来自电池要素的电解液从返回口返回到罐内。
[0024]另外，本发明的RF电池在罐内具有在罐的底部附近开口的容纳配管，并且具有设置于比罐内的电解液的液面低的位置的低位置部。本发明的RF电池具有上述结构，因此连接容纳配管和设置于罐外的电解液流路的一部分(包括低位置部的部分)而成的形状成为向上凸的形状(例如，倒U字状、倒V字状或Π字状)。因此，本发明的RF电池在流通电解液的路径上包括向上凸的形状。
[0025]因此，在连接容纳配管和电池要素的上游配管和下游配管、以及设置于上游配管的泵等发生了损伤等事故的情况下，本发明的RF电池根据利用了向上凸的形状部分的虹吸管的原理,能够使罐内的电解液经由容纳配管移动到罐的外部。但是,本发明的RF电池在容纳配管中的罐内的电解液的液面附近的位置，即，罐的上方侧具有泄漏防止孔，因此能够将从罐泄漏到外部的电解液抑制为比罐内的电解液中泄漏防止孔位于上方的量。
[0026]因此，本发明的RF电池能够取出罐的底部侧的电解液、将电解液返回到罐的底部侦牝并且在上述事故时，能够减少罐内的电解液的泄漏量。
[0027]另外，在本发明的RF电池中，泄漏防止孔的大小小于设置于容纳配管中的罐的底部侧的开口部，因此能够减少将电解液循环供给到电池要素时的泵的损失。
[0028]另外，在本发明的RF电池中，罐内的电解液的取出口或返回口如上述那样在罐的上方侧开口，并且实际吸出罐内的电解液的容纳配管的另一端或实际向罐内吐出电解液的容纳配管的另一端在罐的底部附近的位置，即，罐的下方侧开口。根据该结构，本发明的RF电池能够利用离罐内的电解液的取出口或返回口较远的位置的电解液，提高了罐内的电解液的利用率。
[0029]另外，作为本发明的RF电池的一个方式，列举容纳配管的一端与上游配管连接并且在上游配管的一部分设置低位置部的方式。另外，作为本发明的RF电池的一个方式，列举容纳配管的一端与下游配管连接并且在上游配管的一部分设置低位置部的方式。
[0030]另外，上述两个方式均具有连接容纳配管和上游配管所具有的低位置部而形成的、例如倒U字状等向上凸的形状。但是，在上述两个中任一方式中，通过泄漏防止孔，能够限制罐内的电解液的泄漏量。
[0031]作为上述容纳配管的一端与上游配管连接的方式，列举下游配管的一端在罐内的电解液的液面附近的位置或液面的上方空间开口的方式。另外，作为上述容纳配管与下游配管连接的方式，列举上游配管的一端在罐内的电解液的液面附近的位置开口的方式，或上游配管的一端在液面的上方空间开口，在该上游配管中连接在罐内的电解液中开口的其他容纳配管的方式。
[0032]关于上述两个方式中前者的方式，通过与上游配管连接的容纳配管，能够使从电池要素返回到罐的上方侧的电解液从罐的底部侧(下方侧)供给到电池要素。另外，关于后者的方式，通过与下游配管连接的容纳配管能够使返回到罐的底部侧(下方侧)的电解液从罐的上方侧供给到电池要素。因此，上述方式均是能够在罐内使电解液充分对流的方式，因此能够充分活用罐内的电解液整体，能够提高罐内的电解液的利用率。
[0033]另外，作为本发明的RF电池的一个方式，列举在将泄漏防止孔的直径设为ΦΚ将容纳配管的另一端侧的开口部的直径设为Φ?时，泄漏防止孔的直径Φ?ι为1mm以上且小于(Φ?/2)的方式。在该方式中，泄漏防止孔为特定的大小，从而在上述事故时能够限制罐内的电解液的泄漏量，因此在充放电时能够减少在将罐内的电解液供给到电池要素时的泵的损失。
[0034]本发明的RF电池能够减少在事故时等罐内的电解液的泄漏量。
[0035]本发明的上述及其他目的、特征、方式和优点能够从关于与所附的附图关联起来理解的该发明的如下详细的说明中明确。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1是实施方式I的RF电池的简要结构图。
[0037]图2是实施方式2的RF电池的简要结构图。 [0038]图3是实施方式3的RF电池的简要结构图。
[0039]图4是实施方式4的RF电池的简要结构图。
[0040]图5是实施方式5的RF电池的简要结构图。
[0041]图6是表示专利文献I所示的现有的RF电池的动作原理的说明图。
【具体实施方式】
[0042]以下，说明本发明的实施方式。此外，在本发明的附图中，同一参照标号表示同一部分或相当部分。
[0043][实施方式I]
[0044]图1表示实施方式I的RF电池的简要结构图。在实施方式I的RF电池I中，正极侧的配管构造与负极侧的配管构造相同，因此主要以正极侧的配管构造为例进行说明。
[0045]图1所示的实施方式I的RF电池I具有电池要素100c、向电池要素IOOc循环供给正极电解液以及负极电解液的循环机构(例如:正极罐106 ;负极罐107 ;正极上游配管11 ;正极下游配管12 ;负极上游配管21 ;负极下游配管22 ;泵112、113等)。另外，RF电池I经由交流/直流转换器，与发电部(例如，太阳光发电机、风力发电机或一般的发电厂等)和电力系统或用电处等负载连接，将发电部作为电力供给源进行充电，将负载作为电力提供对象进行放电。
[0046]作为电池要素100c，例如可使用包括具有正极电极的正极电池单元102、具有负极电极的负极电池单元103、和在正极电池单元102与负极电池单元103之间设置的隔膜101这样的层叠体的电池单元组。作为正极电池单元102和负极电池单元103，例如能够使用在一面设置正极电极，在另一面设置负极电极，并且在具有供给电解液的给液孔和排出电解液的排液孔的双极板的外周设置框体的结构的电池单元框架等。通过层叠多个电池单元框架，给液孔和排液孔构成电解液的流路。此外，电池单元组以电池单元框架、正极电池单元102、隔膜101、负极电池单元103、电池单元框架、…的顺序层叠而构成。
[0047]此外，作为正极电极和负极电极，例如可使用碳毡等。作为隔膜101，例如可使用阳离子交换膜或阴离子交换膜这样的离子交换膜等。作为双极板，例如可使用塑料碳(plastic carbon)等。作为电池单元框架的框体,例如可使用氯乙烯等树脂。
[0048]作为容纳于正极罐106的正极电解液和容纳于负极罐107的负极电解液，例如可使用含有作为活性物质的金属离子的溶液等。作为用于正负各极的活性物质的金属离子对，例如可列举正极:铁离子，负极:铬离子；正极:钒离子，负极:钒离子；正极:锰离子，负极:从钛离子、钒离子、铬离子、锌离子和锡离子构成的组中选择的至少一种金属离子等。在锰离子作为正极活性物质的情况下，在根据负极活性物质的情况而与正负各极的活性物质为钒离子的全钒系RF电池相比成为电动势高的RF电池这一点上是优选的。另外，在正极的活性物质中含有锰离子和钛离子的情况下，在能够抑制伴随Mn3+的不均化反应的MnO2的析出这一点上是优选的。在该情况下，可采用在正极和负极双方的活性物质中含有锰离子和钛尚子的方式。
[0049]作为正极电解液以及负极电解液，例如优选使用含有硫酸、磷酸、硝酸、硫酸盐、磷酸盐和硝酸盐中的至少一种的水溶液，从作为电解液的利用难易度的观点出发，特别优选还含有硫酸根离子(so42_)的水溶液。
[0050]电池要素IOOc的正极电池单元102和正极罐106通过作为正极电解液的流路的一部分的正极上游配管11和正极下游配管12来连接。电池要素IOOc的负极电池单元103和负极罐107通过作为负极电解液的流路的一部分的负极上游配管21和负极下游配管22来连接。泵112安装于正极上游配管11，泵113安装于负极上游配管21。
[0051]来自正极罐106的正极电解液经过正极上游配管11供给到电池要素IOOc的正极电池单元102，经过正极下游配管12返回到正极罐106。另外，来自负极罐107的负极电解液经过负极上游配管21供给到电池要素IOOc的负极电池单元103，经过负极下游配管22返回到负极罐107。
[0052]RF电池I利用上述循环机构，将正极电解液以及负极电解液加压输送到电池要素100c，伴随作为正极电解液以及负极电解液的活性物质的金属离子的价数变化反应而进行充放电。
[0053]安装于正极罐106和电池要素IOOc且用于将正极罐106内的正极电解液供给到电池要素IOOc的正极上游配管11的一端即正极罐106侧的开口部Ilt在正极罐106内的正极电解液的液面附近的位置(在将从正极罐106的底部到正极罐106内的正极电解液的液面的距离设为L时，离正极罐106的底部大于(L/2)且小于L的位置)开口。此外，正极上游配管11的开口部Ilt的位置越远离正极罐106的底部,越容易减少从正极罐106泄漏的正极电解液量。因此，开口部Ilt优选设置于离正极罐106的底部(2L/3)以上的位置，更优选设置于离正极罐106的底部(3L/4)以上的位置。此外，在图f图5中，正极罐106和负极罐107内的实线表示液面，单点划线表示离正极罐106和负极罐107的底部(L/2)的位置。[0054]在RF电池I中，通过例如未图示的支架等，使电池要素IOOc支撑于比正极罐106内的正极电解液和负极罐107内的负极电解液的液面高的位置。根据该结构，在充放电运转的停止期间等中，RF电池I能够完全抽出电池要素IOOc内的电解液。因此，RF电池I能够减少因电池要素IOOc内的电解液的残存而引起的自身放电，抑制放电容量的减少。
[0055]在正极上游配管11中，正极上游配管11的一端成为设置于正极罐106内的正极电解液的液面附近的位置的正极罐侧的开口部lit，正极上游配管11的另一端成为与电池要素IOOc连接的开口部即电池要素侧的开口部11c。电池要素IOOc设置于正极罐106的上方，因此开口部IIc朝向设置于正极罐106的上方的电池要素100c，设置于正极罐106的上方。另外，在正极上游配管11的中间部设置有正极上游配管11的一部分设置于比正极罐106内的正极电解液的液面低的位置的部分即低位置部11L。因此，在正极上游配管11中，正极上游配管11的中间部弯曲成U字状，以低于正极上游配管11的两端的开口部Ilt和开口部lie,并且在该U字状部分中包括低位置部11L。
[0056]泵112安装于处于正极上游配管11的最低的位置的直线状的低位置部11L，直线状的低位置部IlL和泵112与正极罐106同样支撑于地面(设置面)。此外，能够适当选择正极上游配管11的长度方向上的泵112的设置位置，因此泵112的设置位置也可以是上述以外的位置。
[0057]另外，在正极罐106内设置有容纳配管IOA0容纳配管IOA中至少一部分浸入正极罐106内的正极电解液(图1所示的例子中，容纳配管IOA全部浸入到正极罐106内的正极电解液)。因此，容纳配管IOA的构成材料优选使用不与正极罐106内的正极电解液反应的材料，例如可使用聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚四氟乙烯(PTFE)等。容纳配管IOA的构成材料也可以适用于正极上游配管11、正极下游配管12、负极上游配管21和负极下游配管22。
[0058]容纳配管IOA的一端的开口部与正极上游配管11的正极罐侧的开口部Ilt连接。即，容纳配管IOA的一端的开口部(上游配管侧的开口部)设置于正极罐106内的正极电解液的液面附近的位置(在将从正极罐106的底部到正极罐106内的正极电解液的液面的距离设为L时，离正极罐106的底部大于(L/2)且小于L的位置)。另外，如上所述，开口部Ilt优选设置于离正极罐106的底部(2L/3)以上的位置，更优选设置于离正极罐106的底部(3L/4)以上的位置。
[0059]此外，将容纳配管IOA和正极上游配管11可以设为分别独立的配管，通过任意的连接部连接，也可以将容纳配管IOA和正极上游配管11设为连续的一个配管。对于这一点，后述的实施方式中也是同样的。
[0060]容纳配管IOA的另一端的开口部IOo设置于正极罐106内的正极电解液的底部附近的位置(在将从正极罐106的底部到正极罐106内的正极电解液的液面的距离设为L时，离正极罐106的底部(L/2)以下的位置)。容纳配管IOA的底部侧开口部IOo越接近正极罐106的底部，与正极罐106内的正极电解液的液面之间的距离越宽，越能够将处于远离正极电解液的液面的位置的正极电解液供给到电池要素100c。特别是，在正极上游配管11的正极罐侧的开口部Ilt和容纳配管IOA的上游配管侧的开口部设置于正极罐106内的正极电解液的液面的上方空间的情况下，从电池要素IOOc返回正极罐106内的正极电解液能够在从正极罐106的底部取出的期间充分对流。其结果是，在实施方式I的RF电池I中，正极罐106内的正极电解液容易成为均匀的状态，能够将均匀的状态的正极电解液供给到电池要素100c。因此，容纳配管IOA的另一端的开口部IOo的设置位置优选离正极罐106的底部的距离较短(较接近正极罐106的底部)，优选设置于离正极罐106的底部(L/3)以下的距离的位置，更优选离正极罐106的底部(L/4)以下的距离的位置，特别优选是正极罐106的底部附近。
[0061]如上所述，容纳配管IOA的两端分离于正极罐106内的上方和下方而设置，因此容纳配管IOA的形状成为使L字上下反转的倒L字状。而且，倒L字状的容纳配管IOA和正极上游配管11的一部分(到低位置部IlL的直线状部分的开始点的部分)形成倒U字状的配管。
[0062]而且，在容纳配管IOA的正极罐106内的正极电解液的液面附近的位置(在将从正极罐106的底部到正极罐106内的正极电解液的液面的距离设为L时，离正极罐106的底部大于(L/2)且小于L的位置)设置有泄漏防止孔10h。泄漏防止孔IOh的设置位置越远离正极罐106的底部，越能够抑制正极罐106内的正极电解液的泄漏量，因此优选在正极罐106内的正极电解液中最远离正极罐106的底部的位置。在实施方式I的RF电池I中，泄漏防止孔IOh设置于倒L字状的容纳配管IOA的角部(最高的位置)。
[0063]能够适当选择容纳配管IOA的大小(截面积)和截面形状，例如列举在容纳配管IOA的全长的截面形状为一定的形状的方式，或在容纳配管IOA的长度方向的一部分具有截面形状或截面积不同的部分的方式。作为容纳配管IOA的截面形状，例如列举圆形状或矩形状等，但从减小正极电解液的流通阻力的观点出发，优选设为圆形状。在实施方式I的RF电池I中，容纳配管IOA在容纳配管IOA的全长具有一定的截面形状，该截面形状为圆形状。
[0064]能够适当选择泄漏防止孔IOh的大小(截面积)和截面形状，例如列举圆形状、矩形状、矩形以外的多边形状或椭圆形状等。泄漏防止孔IOh的大小(截面积)小于容纳配管IOA的开口部IOo的大小(截面积)。
[0065]例如，在容纳配管IOA的开口部IOo和泄漏防止孔IOh的截面形状为圆形状的情况下，泄漏防止孔IOh的直径Cth小于容纳配管IOA的直径ΦΗΦΙΚΦ?)。特别是，在泄漏防止孔IOh的直径Cth为1mm以上且小于(Φ i/2)的情况，特别是2mm以上且IOmm以下的情况下，容易利用泄漏防止孔10h。在实施方式I的RF电池I中，泄漏防止孔IOh的直径Φ h为1mm以上且小于(Φ i/2)。
[0066]另外，正极下游配管12在正极下游配管12的一端具有在正极罐106内的正极电解液的上方空间开口的开口部，正极下游配管12的另一端与电池要素IOOc连接。能够适当设定正极下游配管12的一端的开口部的位置，例如设为正极罐106内的正极电解液的液面附近的位置，或正极罐106内的底部附近的位置。
[0067]负极侧的配管构造也与上述正极侧的配管构造同样。负极上游配管21的一端具有在负极罐107内的负极电解液的液面附近的位置(在将从负极罐107的底部到负极罐107内的负极电解液的液面的距离设为L时，离负极罐107的底部大于(L/2)且小于L的位置)开口的负极罐侧的开口部21t。负极上游配管21的另一端成为与电池要素IOOc连接的开口部即电池要素侧的开口部21c。另外，在负极上游配管21的中间部设置有负极上游配管21的一部分设置于比负极罐107内的负极电解液的液面低的位置(比负极罐侧开口部21t低的位置)的部分即低位置部21L。另外，泵113安装于负极上游配管21的直线状的低位置部11L。在负极罐107内设置有倒L字状的容纳配管20A。容纳配管20A的一端的开口部与负极上游配管21的负极罐侧的开口部21t连接，容纳配管20A的另一端的开口部(底部侧的开口部)20o设置于负极罐107内的负极电解液的底部附近的位置(在将从负极罐107的底部到负极罐107内的负极电解液的液面的距离设为L时，离负极罐107的底部(L/2)以下的位置)。而且，在容纳配管20A的负极罐107内的负极电解液的液面附近的位置(在将从负极罐107的底部到负极罐107内的负极电解液的液面的距离设为L时，离负极罐107的底部大于(L/2)且小于L的位置)设置有小于开口部20ο的泄漏防止孔20h。而且，倒L字状的容纳配管20A和负极上游配管21的一部分形成倒U字状的配管。负极下游配管22在负极下游配管22的一端具有负极罐107内的负极电解液的上方空间开口的开口部，负极下游配管22的另一端与电池要素IOOc连接。此外，上述以外的负极侧的配管构造与上述正极侧的配管构造同样，因此在此省略其说明。
[0068]此外，在图f图5中，正极上游配管11、正极下游配管12、负极上游配管21和负极下游配管22的开口位置(配管11、12、21、22相对于罐106、107的安装位置)是一种例示。另外，图广图5所示的各配管设为直线式弯曲的形状，但也可以是弯曲形状，还可以不弯曲而使一部分倾斜地设置。而且，在图广图5中，正极罐106和负极罐107的大小和底部的位置设为相同，但也可以设为不同。
[0069]在实施方式I的RF电池I中，用于取出正极罐106内的正极电解液和负极罐107内的负极电解液的取出口(正极上游配管11的正极罐侧的开口部Ilt和负极上游配管21的负极罐侧的开口部21t)设置于正极电解液以及负极电解液的液面附近，并且在正极罐106内和负极罐107内所设置的容纳配管10A、20A的底部侧的开口部10o、20o设置于正极罐106和负极罐107的底部附近。根据该结构，在实施方式I的RF电池I中，能够将正极罐106的底部侧的正极电解液和负极罐107的底部侧的负极电解液供给到电池要素100c。
[0070]另外，在实施方式I的RF电池I中，倒L字状的容纳配管IOA和正极上游配管11的一部分形成倒U字状的配管，倒L字状的容纳配管20A和负极上游配管21的一部分形成倒U字状的配管，但在容纳配管10A、20A中，在正极罐106的正极电解液和负极罐107的负极电解液的液面附近设置有泄漏防止孔10h、20h。根据该结构，在实施方式I的RF电池I中，即使发生了正极上游配管11、负极上游配管21和泵112、113破损、或正极上游配管11和负极上游配管21与电池要素IOOc的连接脱落等事故时，也能够将正极罐106的正极电解液和负极罐107的负极电解液的泄漏量限制为仅一部分。
[0071]具体而言，正极罐106的正极电解液和负极罐107的负极电解液中比泄漏防止孔10h、20h位于上方的电解液不受泵的驱动和停止的影响，利用上述倒U字状的配管，根据虹吸管的原理，从正极罐106和负极罐107泄漏。但是，由于电解液的泄漏，若泄漏防止孔10h、20h从电解液露出，则倒U字状的配管通过获取正极罐106内和负极罐107内的气相、成为不是被电解液充满的状态，电解液的移动自动停止。由此，在实施方式I的RF电池I中，SP使在发生了上述事故的情况下，也能够减少正极罐106的正极电解液和负极罐107的负极电解液的泄漏量。
[0072]另外，在实施方式I的RF电池I中，向电池要素IOOc供给电解液的容纳配管IOA(20A)的开口部10o(20o)与下游配管12(22)的开口部大致对角地设置。因此，能够充分确保正极罐106(负极罐107)内的电解液的移动量，因此实施方式I的RF电池I能够将在正极罐106 (负极罐107)内充分对流的电解液供给到电池要素100c，能够提高正极罐106(负极罐107)内的电解液的利用率。
[0073][实施方式2]
[0074]图2表示实施方式2的RF电池的简要结构图。实施方式2的RF电池2的基本结构与实施方式I的RF电池I相同。具体而言，实施方式2的RF电池2的正负两极的配管构造为对称的构造，来自正极罐106和负极罐107的电解液的取出口(上游配管11、21的开口部llt、21t)设置于正极罐106和负极罐107内的电解液的液面附近的位置。在正极罐106和负极罐107中，设置有设置泄漏防止孔10h、20h的容纳配管10B、20B。另外，在实施方式2的RF电池2的上游配管11、21的一部分设置有低位置部11L、12L，容纳配管IOB和正极上游配管11(低位置部11L)的一部分形成倒U字状的配管，容纳配管20B和负极上游配管21 (低位置部21L)的一部分形成倒U字状的配管。实施方式2的RF电池2的容纳配管10B、20B的形状与实施方式I的RF电池I不同。以下，以该不同点为中心进行说明，对于与实施方式I的RF电池I重复的结构和效果，省略详细的说明。另外，实施方式2的RF电池2也是正极侧的配管构造与负极侧的配管构造相同，因此主要以正极侧的配管构造为例进行说明。
[0075]在RF电池2的正极罐106中容纳有容纳配管10B，容纳配管IOB的一端的开口部在正极罐106内的正极电解液的液面附近的位置(大于(L/2)的位置)开口，容纳配管IOB的另一端的底部侧的开口部IOo在正极罐106的底部附近的位置((L/2)以下的位置)开口。在容纳配管IOB的正极罐106内的正极电解液的液面附近的位置(大于(L/2)的位置)设置有小于开口部IOo的泄漏防止孔10h。
[0076]而且，在实施方式2的RF电池2中，容纳配管IOB成为向上凸的形状，在离正极罐106的底部最高的位置(凸部分的顶点)设置有泄漏防止孔10h。S卩，在RF电池2中，泄漏防止孔IOh的设置位置设为比正极罐106的正极电解液的取出口即正极上游配管11的正极罐侧的开口部Ilt高的位置。
[0077]负极侧的配管构造也相同，容纳配管20B设为向上凸的形状，在该凸部分的顶点设置泄漏防止孔20h。而且，泄漏防止孔20h的设置位置设为比负极上游配管21的负极罐侧的开口部21t高的位置。
[0078]在实施方式2的RF电池2中，与实施方式I的RF电池I相比，泄漏防止孔10h、20h设置于较高的位置。因此，即使在发生了上述事故的情况下，到泄漏防止孔10h、20h从正极罐106内和负极罐107内的电解液的液面露出为止泄漏的电解液量与实施方式I的RF电池I相比减少。因此，在实施方式2的RF电池2中，能够进一步减少正极罐106内和负极罐107内的电解液的泄漏量。
[0079]另外，在实施方式2的RF电池2中，也是以容纳配管IOB (20B)的开口部IOo (20ο)与下游配管12(22)中的正极罐106(负极罐107)侧的开口部之间的距离设为较大的方式将这些开口部设置为大致对角，因此能够提高正极罐106 (负极罐107)内的电解液的利用率。
[0080][实施方式3]
[0081]图3表示实施方式3的RF电池的简要结构图。实施方式3的RF电池3的基本的结构与实施方式I的RF电池I相同。实施方式3的RF电池3中的正极罐106内和负极罐107内的电解液的取出口即上游配管11、21的开口部llt、21t的设置位置和容纳配管10C、20C的形状与实施方式I的RF电池I不同。以下，以该不同点为中心进行说明，对于与实施方式I的RF电池I重复的结构和效果，省略详细的说明。另外，实施方式3的RF电池3也是正极侧的配管构造与负极侧的配管构造相同，因此主要以正极侧的配管构造为例进行说明。
[0082]在实施方式3的RF电池3中，容纳于正极罐106的容纳配管IOC为直线状，容纳配管IOC的一端成为在正极罐106内的正极电解液的液面附近的位置(大于(L/2)的位置:在此，比正极电解液的液面位于上方的正极罐106的上方的空间)开口的开口部。另外，容纳配管IOC的另一端成为在正极罐106的底部附近的位置((L/2)以下的位置)开口的开口部10ο。在容纳配管IOC的正极罐106内的正极电解液的液面附近的位置(大于(L/2)的位置)设置有小于开口部IOo的泄漏防止孔10h。
[0083]在实施方式3的RF电池3中，正极上游配管11的与正极罐106连接的部位的附近设为向上凸的形状，该凸部分的一端与低位置部IlL连接。即，在实施方式3的RF电池3中，泄漏防止孔IOh的设置位置设为比正极电解液的取出口即正极上游配管11的正极罐侧的开口部Ilt低的位置。
[0084]负极侧的配管构造也相同，直线状的容纳配管20C的一端成为在负极罐107的上表面开口的开口部，在负极罐107内的负极电解液的液面附近设置有泄漏防止孔20h，负极上游配管21的一部分成为向上凸的形状。而且，泄漏防止孔20h的设置位置设为比负极上游配管21的负极罐侧的开口部21t低的位置。
[0085]在实施方式3的RF电池3中，将正极罐106内和负极罐107内的电解液的取出口(开口部llt、21t)设为正极罐106和负极罐107的上方侧(在此，比正极罐106内和负极罐107内的电解液的液面靠上方侧)，并且能够将正极罐106和负极罐107的底部侧的电解液供给到电池要素100c。由此，通过利用容纳配管IOA?10C、20A?20C，与正极罐106和负极罐107的周边的空余空间对应，适当设定电解液的取出口的设置位置，能够完全利用正极罐106内和负极罐107内的电解液。另外，尽管实施方式3的RF电池3具有由容纳配管10C、20C和上游配管11、21的一部分形成的倒U字部分，但通过具有泄漏防止孔10h、20h，能够减少上述事故的发生时的正极罐106内和负极罐107内的电解液的泄漏量。
[0086][实施方式4]
[0087]图4表示实施方式4的RF电池的简要结构图。实施方式4的RF电池4也与实施方式广3的RF电池广3同样具有在正极罐106和负极罐107的底部附近的位置开口的容纳配管30A、40A。然而，实施方式4的RF电池4的容纳配管30A、40A分别与正极下游配管12和负极下游配管22连接的点与实施方式f 3的RF电池f 3不同。该不同点以外的实施方式4的RF电池4的结构与实施方式3的RF电池3类似。因此，对于实施方式4的RF电池4的说明以该不同点为中心进行，对于与实施方式3的RF电池3重复的结构和效果，省略详细的说明。另外，实施方式4的RF电池4也是正极侧的配管构造与负极侧的配管构造相同，因此主要以正极侧的配管构造为例进行说明。
[0088]正极下游配管12的一端与实施方式广3同样成为在正极罐106内的正极电解液的上方空间开口的开口部，正极下游配管12的另一端安装于电池要素100c。容纳配管30A与实施方式3的RF电池3的容纳配管IOC同样成为直线状，容纳配管30A的一端与设置于正极罐106内的正极电解液的液面附近的位置(大于(L/2)的位置:在此，比正极电解液的液面位于上方的正极罐106的上方的空间)的正极下游配管12的开口部12t连接。另外，容纳配管30A的另一端成为在正极罐106的底部附近的位置((L/2)以下的位置)开口的开口部30ο。在容纳配管30A的正极罐106内的正极电解液的液面附近的位置(大于(L/2)的位置)设置有小于开口部30ο的泄漏防止孔30h。
[0089]正极上游配管11的一端与实施方式3的RF电池3同样成为在正极罐106的上方空间开口的开口部lit。另外，正极上游配管11的另一端成为安装于电池要素IOOc的开口部lie,在正极上游配管11的中间部设置有低位置部11L。另外,在正极上游配管11的一端的开口部Ilt中连接有其他容纳配管10D。容纳配管IOD的一端成为在正极罐106内的正极电解液中开口的开口部10ο。在此，容纳配管IOD的长度短于与正极下游配管12连接的容纳配管30A，容纳配管IOD的开口部IOo设置于正极罐106内的正极电解液的液面附近的位置。因此，与正极下游配管12连接的容纳配管30A的开口部30ο和与正极上游配管11连接的较短的容纳配管IOD的开口部IOo设置于由正极罐106内的正极电解液形成的矩形的大致对角的位置。
[0090]而且，容纳配管30Α、正极下游配管12、电池要素IOOc和正极上游配管11的一部分(包括低位置部IlL的部分)设置成倒U字状。
[0091]负极侧的配管构造也与上述正极侧的配管构造相同，直线状的容纳配管40Α的一端与负极下游配管22中的负极罐侧的开口部22t连接。容纳配管40A的另一端的开口部40ο设置于负极罐107的底部附近的位置，在负极罐107内的负极电解液的液面附近的位置设置有小于开口部40ο的泄漏防止孔40h。在负极上游配管21的负极罐侧的开口部21t中连接有较短的容纳配管20D，容纳配管20D的另一端侧的开口部20ο设置于负极罐107内的负极电解液的液面附近的位置。另外，负极上游配管21具有低位置部2IL,容纳配管40Α、负极下游配管22、电池要素IOOc和负极上游配管21的一部分(包括低位置部21L的部分)设置成倒U字状。
[0092]来自实施方式4的RF电池4的正极罐106和负极罐107的电解液的取出口(开口部llt、21t)和来自电池要素IOOc的电解液的返回口(开口部llt、21t)的双方设置于正极罐106和负极罐107的上方侧(在此，比正极罐106内和负极罐107内的电解液的液面靠上方侧)。但是，实施方式4的RF电池4通过具有容纳配管10D、20D、30A、40A，能够将正极罐106内和负极罐107内的液面侧的电解液供给到电池要素100c，并且能够将来自电池要素IOOc的电解液返回到正极罐106和负极罐107的底部侧。另外，实施方式4的RF电池4具有由容纳配管30A、40A、和设置于正极罐106和负极罐107的外部的电解液流路(下游配管12、22 ;电池要素IOOc ;上游配管11、21)的一部分形成的倒U字状部分，但具有泄漏防止孔30h、40h，因此能够减少上述事故的发生时的正极罐106内和负极罐107内的电解液的泄漏量。
[0093][实施方式5]
[0094]图5表不实施方式5的RF电池的简要结构图。在实施方式5的RF电池5中，上游配管11(21)的一端的在正极罐106 (负极罐107)内的正极电解液(负极电解液)的液面附近的位置(大于(L/2)且小于L的位置)开口的开口部llt(21t)没有连接容纳配管。在实施方式5的RF电池5中，容纳配管变少，因此能够减少部件数和组装工序。另外，实施方式5的RF电池5的基本的结构与实施方式4的RF电池4相同(其中，上游配管11 (21)的形状与实施方式I的RF电池I相同)，因此省略其说明。
[0095]<变形例1>
[0096]在上述实施方式广5中，均说明了正负两极的配管构造为对称的构造的方式，但也可以使各极的配管构造不同。例如，也可以在正负中任一方的电极中不具有容纳配管的方式，或在正负中任一方的电极中，设为实施方式I的配管构造，在另一方的电极中，设为具有实施方式2的配管构造的方式。
[0097]<变形例2>
[0098]在上述实施方式I飞中，均说明了电池要素IOOc设置于与正极罐106内和负极罐107内的电解液的液面同等以上的高度的位置的方式，但也可以变更电池要素IOOc的设置位置。例如，也可以将电池要素IOOc设置于与正极罐106和负极罐107的底部同等程度的位置(地面等)。更具体而言，在图广图5所示的例子中，也可以设为在正极上游配管11和负极上游配管12中安装有泵112、113的直线状的部分的端部连接了电池要素IOOc的方式。在该方式中，不需要支撑电池要素IOOc的支架。
[0099]本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明的要旨的范围内可以适当变更。例如，也可以将设置于上游配管等的低位置部设置于比连接有上游配管等的罐内的液面低的位置，未必具有设置于地面上的部分。也可以在设置于地面上的适当的支架面上设置低位置部。
[0100]如上所述，对本发明的实施方式和变形例进行了说明，但最开始预先规定了可适当组合上述各实施方式和各变形例的结构。
[0101]详细说明并表示了该发明，但这仅是用于例示，不成为任何限定，发明的范围可以明确地理解为通过所附的权利要求书解释的范围。
[0102]本发明的氧化还原液流电池能够适用于例如对于太阳光发电和风力发电等新能源的发电，以发电输出的变动的稳定化、发电电力的剩余时的蓄电、或负载平均化等为目的的大容量的蓄电池。另外，本发明的氧化还原液流电池也能够适用于以同时设置于一般的发电厂和工厂等、作为瞬时电压降低和停电对策以及谋求负载平均化为目的的大容量的蓄电池。
【权利要求】
1.一种氧化还原液流电池(1、2、3、4、5)，将罐(106、107)内的电解液供给到电池要素(IOOc)从而进行充放电，上述氧化还原液流电池(1、2、3、4、5)的特征在于，具有: 上游配管(11、21)，将上述罐(106,107)内的电解液供给到上述电池要素(IOOc)； 下游配管(12、22)，将来自上述电池要素(IOOc)的电解液返回到上述罐(106、107);以及 容纳配管(10A、10B、10C、10D、30A、20A、20B、20C、20D、40A)，设置于上述罐(106,107)内，与上述上游配管(11、21)或上述下游配管(12、22)连接， 由上述上游配管(11、21)、上述电池要素(100c)、和上述下游配管(12、22)构成的电解液流路的一部分成为设置于比上述罐(106、107)内的电解液的液面低的位置的低位置部(11L、21L)， 与上述容纳配管(10A、10B、10C、10D、30A、20A、20B、20C、20D、40A)的一端连接的上述上游配管(11、21)或上述下游配管(12、22)的一端在上述罐(106、107)内的电解液的液面附近的位置或上述液面的上方空间开口， 上述容纳配管(10A、10B、10C、10D、30A、20A、20B、20C、20D、40A)的另一端在上述罐(106、107)的底部附近的位置开口， 在上述容纳配管(10A、10B、10C、10D、30A、20A、20B、20C、20D、40A)中，在上述罐(106、107)内的电解液的液面附近的位置设置有泄漏防止孔(10h、20h、30h、40h)， 上述泄漏防止孔(10h、20h、30h、40h)小于上述容纳配管(10A、10B、10C、10D、30A、20A、20B、20C、20D、40A)的另一端侧的开口部(10o、20o、30o、40o)。
2.根据权利要求1所述的氧化还原液流电池(1、2、3、4、5)，其特征在于，上述容纳配管(10A、10B、10C、10D、30A、20A、20B、20C)的一端与上述上游配管(11、21)连接， 在上述上游配管(11、21)的一部分设置有上述低位置部(11L、21L)。
3.根据权利要求2所述的氧化还原液流电池(1、2、3、4、5)，其特征在于，上述下游配管(12,22)的一端在上述罐(106、107)内的电解液的液面附近的位置或上述液面的上方空间开口。
4.根据权利要求1所述的氧化还原液流电池(4、5)，其特征在于，上述容纳配管(30A、40A)的一端与上述下游配管(12、22)连接， 在上述上游配管(11、21)的一部分设置有上述低位置部(11L、21L)。
5.根据权利要求4所述的氧化还原液流电池(4)，其特征在于，上述上游配管(11、21)的一端在上述液面的上方空间开口，且连接在上述罐(106、107)内的电解液中开口的其他容纳配管(10D、20D)，或者上述上游配管(11、21)的一端在上述罐(106、107)内的电解液的液面附近的位置开口。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的氧化还原液流电池(1、2、3、4、5)，其特征在于，在将上述泄漏防止孔(10h、20h、30h、40h)的直径设为ΦΚ将上述容纳配管(10A、10B、10C、10D、30A、20A、20B、20C)的另一端侧的开口部(10o、20o、30o、40o)的直径设为Φ?时，上述泄漏防止孔(10h、20h、30h、40h)的直径Φ?ι为1mm以上且小于(Φ?/2)。
【文档编号】H01M8/04GK103779588SQ201210402320
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月19日 优先权日:2012年10月19日
【发明者】隈元贵浩 申请人:住友电气工业株式会社