氧化还原液流电池的制作方法

文档序号:18219938发布日期:2019-07-19 22:55阅读:179来源:国知局
氧化还原液流电池的制作方法

本发明涉及一种氧化还原液流电池。



背景技术:

氧化还原液流电池(在下文中,可以称作“rf电池”)是一种大容量蓄电池。如专利文献1的图7中所示,rf电池包括电池单元、存储正极电解液的正极电解液箱体、存储负极电解液的负极电解液箱体和配管(导管),所述电解液被供应到电池单元,所述配管(导管)被连接到电池单元和箱体,并且相应电极的电解液流动通过所述配管(导管)。专利文献1公开了一个实施例,其包括多个单元堆,每个单元堆包括多个堆叠的电池单元。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本未审专利申请公报no.2003-036880



技术实现要素:

本公开的一种氧化还原液流电池包括:

堆组,所述堆组包括沿着水平方向并排布置的多个单元堆;和

热交换器,所述热交换器被设置在所述堆组的上方,并且对被供应到每个所述单元堆的电解液进行冷却。

附图简要说明

[图1]图1是示出实施例1的氧化还原液流电池的总体构造的示意图。

[图2]图2是示出实施例1的氧化还原液流电池所包括的单元堆的一个实例的示意截面图。

[图3]图3是示出实施例1的氧化还原液流电池所包括的单元堆的一个实例的构造的示意图。

[图4]图4是当氧化还原液流电池在正交于容器的宽度方向的平面中剖切时实施例2的氧化还原液流电池的纵向截面图。

[图5]图5是当氧化还原液流电池在正交于容器的高度方向的平面中剖切时实施例2的氧化还原液流电池的水平截面图。

[图6]图6是说明图,其示出实施例2的氧化还原液流电池中的纵向截面中的重量平衡。

[图7]图7是说明图,其示出实施例2的氧化还原液流电池中的水平截面中的重量平衡。

[图8]图8是示出容器悬挂状态下的说明图。

具体实施方式

[本发明所要解决的技术问题]

理想的是,除了良好的组装可操作性,包括多个单元堆的大型氧化还原液流电池(rf电池)具有良好的散热性能。

如专利文献1中所述,在设置多个单元堆的情形中,单元堆沿着上下方向(重力方向)堆叠的、所谓竖直堆叠易于减小被竖直堆叠的单元堆的安装空间。然而,所述竖直堆叠需要坚固的基座,以稳定地支撑作为重物的单元堆。构成所述基座的部件的数目趋向于增加,这可能易于增加组装基座所用的时间。因为诸如钢材这样的重物被用于构成所述基座的部件,所以理想的是,减小所使用的部件的数目,从而减轻工人的负担。因此,关于rf电池,理想的是,改进包括所述基座的组装在内的组装可操作性。根据以下观点,期望更加易于组装的rf电池,即,为了满足对于更高输出电池和更大容量电池的要求,由于例如在每个单元堆中使用的堆叠电池单元的数目的增加、电极尺寸的增加和由于电解液量增加引起的箱体尺寸的增加,趋于增加每个单元堆、箱体等的重量。

在rf电池中,随着电池反应所产生的热量,电解液的温度增加。这个温度增加可能导致例如rf电池组件的劣化和电解液的劣化。当rf电池包括多个单元堆时,每个单元堆中发生电解液温度的增加,因此希望冷却电解液。例如,可设想在配管上设置热交换机构。然而,当多个单元堆如上所述被竖直地堆叠时,连接到每个单元堆的配管也趋向于具有沿着上下方向布置的部分。因此,配管的长度增加,从而导致配管安装空间的增加。配管安装空间增加使得热交换机构的安装空间减小,这易于降低热耗散效率。因此,理想的是,提供一种具有良好的散热性能并且仍然包括多个单元堆的rf电池。

相应地,目的在于提供一种除了良好的组装可操作性还具有良好散热性能的氧化还原液流电池。

[本公开有利的效果]

除了良好的组装可操作性,本公开的氧化还原液流电池还具有良好的散热性能。

[本发明实施例的说明]

首先,列出并且描述本发明实施例。

(1)根据本发明实施例的一种氧化还原液流电池(rf电池)包括:

堆组,所述堆组包括沿着水平方向并排布置的多个单元堆;和

热交换器,所述热交换器被设置在所述堆组的上方,并且对被供应到每个所述单元堆的电解液进行冷却。

虽然rf电池包括多个单元堆和热交换器,但是rf电池具有这样的特定布置:单元堆被并排地布置,并且热交换器被设置在堆组的上方。因此,在rf电池中,与竖直堆叠的情形相比较,易于减小用于构成基座的部件的数目。另外,因为作为重物的单元堆被布置在热交换器的下方,所以易于降低基座的增强程度,并且与反向布置的情形相比较,易于减少用于构成基座的部件的数目。因此,根据rf电池,能够减少组装基座所用的时间,并且还能够减轻工人的负担。特别地,rf电池可以具有这样的形式:允许来自箱体的电解液从每个单元堆的下部朝向其上部流动,并且返回箱体(在下文中,可以称作“上升形式”),并且在复路的配管上包括热交换器。利用这种构造,能够省略排气阀,以易于简化配管结构(细节将在下文描述),并且还能够减少组装配管所用的时间。相应地,rf电池在包括多个单元堆的同时具有良好的组装可操作性。

另外,rf电池包括热交换器,并且能够利用热交换器有效地冷却电解液,因此rf电池还具有良好的散热性能。特别地,在rf电池中,在水平布置的堆组上方的空间用作置放热交换器的区域。这种构造易于确保充裕的热交换器安装空间。另外,从与竖直堆叠单元堆的情形相比易于减小配管长度的观点来看,易于确保充裕的热交换器安装空间。具有这种构造的rf电池可以包括大型热交换器,以易于增强散热效率,并且具有更好的散热性能。具有上述上升形式并且在复路的配管上包括热交换器的rf电池能够有效地冷却电解液,以实现更好的散热性能(细节将在下文描述)。进而,当热交换器的平面面积等于或者小于堆组的虚拟平面面积时,实现了良好的散热性能,并且没有因为热交换器的布置而增加安装空间。

(2)rf电池的实施例包括

容器,所述容器集中地容纳所述堆组、所述热交换器、存储所述电解液的箱体和配管,所述配管被连接到每个所述单元堆和所述箱体,并且所述电解液流动通过所述配管。

在以上实施例中,诸如单元堆组、热交换器、箱体和配管这样的组件被集中地容纳在诸如容器这样的器皿中。相应地,所述组件能够在诸如工厂这样的、易于确保充裕工作空间的场所进行预先组装,以实现更好的组装可操作性。进而,当在所述组件的组装状态下、将所述组件输送到rf电池的安装地点时,能够显著地减少安装场地处的操作,并且还能够减轻工人的负担。

另外,根据以上实施例,在所述堆组被集中地容纳在容器中时,热交换器被设置在所述堆组的上方。因此,如上所述,实现了良好的散热性能。因为多个单元堆被并排地布置,所以与竖直堆叠的情形相比,易于确保相对较大的空气流动空间,并且预期所述配管易于通过空气的流动而被空气冷却。这种构造也提供良好的散热性能。

(3)根据包括容器的rf电池的实施例,

所述容器包括单元腔室和箱体腔室,所述单元腔室容纳所述堆组、所述热交换器和所述配管,所述箱体腔室容纳所述箱体,并且所述单元腔室和所述箱体腔室沿着所述容器的纵向方向并排地布置。

在以上实施例中,所述容器的纵向方向的一个端侧上的一部分用作单元腔室,所述容器的另一端侧上的一部分用作箱体腔室,并且所述堆组、热交换器和配管被一起容纳在单元腔室中。因此,易于缩短配管,并且与例如所述堆组被置放在一端侧上、热交换器被置放在另一端侧上、并且所述箱体置于其间的形式(下文中可以称作“箱体居间形式”)相比,易于简化布置结构。相应地,以上形式更易于减少组装配管所用的时间,并且实现更好的组装可操作性。另外,根据以上形式,由于配管长度较短,因此如上所述,易于确保较大的热交换器安装空间,并且电解液能够易于被快速引入热交换器中,以有效地冷却电解液。这种构造也提供良好的散热性能。特别地,当rf电池具有上升形式并且在复路的配管上包括热交换器时,与所述箱体居间形式相比,高温的电解液能够被快速地引入热交换器中,并且被更加有效地冷却。

(4)根据包括容器的rf电池的实施例,该容器包括单元腔室和箱体腔室,

所述箱体腔室的长度大于所述单元腔室的长度,

所述容器的所述纵向方向和高度方向的中心由p表示,所述容器的所述纵向方向和宽度方向的中心由q表示,所述容器的长度由l表示,所述容器的宽度由w表示,并且所述容器的重心由g表示,

在所述堆组、所述热交换器、所述箱体和所述配管被容纳的状态下,在所述容器的纵向截面上,从所述中心p到所述重心g的距离x满足:x≤(1/3)×l,并且在所述容器的水平截面上,从所述中心q到所述重心g的距离y满足:y≤(1/20)×w。

根据以上实施例,当已经容纳诸如堆组此类组件的容器被诸如卡车这样的车辆在陆地上输送时,车辆能够平稳行驶。另外,当所述容器被起重机等吊起、以在安装位置上安装容器时,所述容器能够被稳定地吊起。相应地,以上实施例还提供良好的输送可操作性和良好的安装可操作性。

[本发明实施例的细节]

以下,将具体参考附图描述根据本发明实施例的氧化还原液流电池(rf电池)。在附图中,相同的附图标记表示相同的组件。

[实施例1]

以下,将主要参考图1-3来说明实施例1的rf电池1a。

(基本构造)

实施例1的rf电池1a包括堆组100和供应机构,所述堆组100包括多个单元堆,所述供应机构向每个单元堆供应并且循环电解液。图1示出这样的实例:堆组100包括两个单元堆101和102。如图2和3中所示,单元堆101和102均是通过堆叠多个电池单元10c而得。在下文中,单元堆101和102可以作为代表被称作单元堆10。

所述供应机构包括存储正极电解液的正极电解液箱体34和存储负极电解液的负极电解液箱体35以及配管16和17,电解液被供应到每个单元堆10,所述配管16和17被连接到单元堆10与箱体34和35,并且电解液流动通过所述配管16和17。

这种rf电池1a典型地通过交流电/直流电转换器被连接到发电单元和负载,并且使用发电单元作为电力供应源来进行充电,并且向作为电力供应目标的负载进行放电(这些未在图中示出)。发电单元的实例包括太阳能发电设备、风力发电设备和其它普通电厂。负载的实例包括消费者。通过使用正极电解液和负极电解液来进行充电和放电,每种电解液包含作为活性材料的离子(典型地金属离子),其价态通过氧化还原而改变,并且利用正负离子之间的氧化还原电势差。

特别地,实施例1的rf电池1a包括:包括沿着水平方向(图1中的左右方向)并排布置的多个单元堆10的堆组100;和位于所述堆组100上方、对供应到每个单元堆10的电解液进行冷却的热交换器4。虽然包括多个单元堆10,但该rf电池1a易于组装,并且具有良好的散热性能。在下文中,将详细描述每个组件。

(电池单元)

如图2和3中所示,电池单元10c包括正极电极14、负极电极15和隔膜11,正极电解液被供应至正极电极14,负极电解液被供应至负极电极15,隔膜11被设置在正极电极14和负极电极15之间。

正极电极14和负极电极15是这样的反应场所:正极电解液和负极电解液被分别地供应于此,并且活性材料在此进行电池反应。例如,使用诸如碳材料的纤维聚集体这样的多孔体。

隔膜11是将正极电极14和负极电极15相互分离并且允许特定离子(例如,氢离子)由此渗透通过的部件。使用离子交换隔膜等。

典型地,使用作为实例在图3中示出的单元框架110来构造电池单元10c。单元框架110包括双极板111和设置在双极板111的周边上的框架本体112。

典型地,正极电极14被设置在双极板111的一个表面上,负极电极15被设置在双极板111的另一个表面上。双极板111是这样的导电部件:其传导电流,但是不允许电解液由此流过。例如,将包含石墨等和有机材料的导电塑料板用作双极板111。

框架本体112是绝缘部件,该绝缘部件具有液体供应孔113、狭缝114、液体排放孔115和狭缝116,正极电解液和负极电解液分别通过液体供应孔113和狭缝114被供应到设置在框架中的正极电极14和负极电极15,并且正极电解液和负极电解液分别通过液体排放孔115和狭缝116被排放到电池单元10c的外侧。作为框架本体112的构成材料,例如使用不与电解液反应并且对电解液性具有耐性的树脂(例如,聚氯乙烯或者聚乙烯)。环形凹槽被设置在靠近框架本体112的外周的区域中,并且密封部件118被置放在所述凹槽中。诸如o形环或者扁平封装这样的弹性部件被用作密封部件118。

单元堆10典型地包括层叠体、夹持所述层叠体的成对端板130和在所述两个端板130之间紧固的多个紧固部件132,在所述层叠体中,单元框架110(双极板111)、正极电极14、隔膜11和负极电极15按照这个次序堆叠多次。利用沿着堆叠方向作用的紧固力,从而保持堆叠状态。另外,所述紧固力对设置在相邻框架本体112之间的密封部件118进行压挤,从而以液密方式保持所述层叠体(还参考图2),以防止电解液从单元堆10泄漏。单元堆10中的电池单元10c的数目(单元的数目)能够被适当地选择。单元堆10的规格(诸如电极尺寸和单元数目)能够被适当地选择,以实现期望的特性。更大的单元数目和更大的电极尺寸易于提供更高输出的电池。

进而,如作为实例在图3中所示,单元堆10可以是其中堆叠多个子单元堆120的组件,每个子单元堆120是包括预定数目的单元的层叠体。每个子单元堆120可以包括用于电解液的供应/排放板122。

(循环机构)

循环机构包括正极电解液箱体34(图1)、负极电解液箱体35(图1)、配管164和174(图1和2)、配管165和175(图1和2)、用于正极电极的泵184和用于负极电极的泵185(图1),所述正极电解液箱体34存储被供应并且循环到正极电极14的正极电解液,负极电解液箱体35存储被供应并且循环到负极电极15的负极电解液,配管164和174将正极电解液箱体34连接到每个单元堆10,配管165和175将负极电解液箱体35连接到每个单元堆10,所述泵184和泵185分别设置在用作用于从箱体34和35向每个单元堆10进行供应的往路。配管164和165用作往路,配管174和175则用作用于从每个单元堆10向箱体34和35返回的复路,所述配管164和165以及配管174和175均连接到由液体供应孔113和液体排放孔115形成的管路,以形成正极电解液的循环路径和负极电解液的循环路径。

配管16和17的构成材料的实例包括不与电解液反应并且对电解液具有耐性的上述树脂。

可以适当使用已知的泵来用作泵184和185。

箱体34和35中的每一个是存储电解液的箱状器皿,并且能够使用具有适当形状的器皿。例如根据堆组100的容积来适当地选择存储量。箱体3的构成材料的实例包括上述树脂和不与电解液反应并且对电解液具有耐性的橡胶。

能够使用的电解液的实例包括包含钒离子作为正和负活性材料的电解液(专利文献1)、包含锰离子作为正活性材料和钛离子作为负活性材料的电解液和具有已知组成的其它电解液。

正极电解液的循环路径和负极电解液的循环路径的实例是如下上升形式:其中,使得来自箱体34和35的电解液从每个单元堆10的下部朝向其上部流动,并且返回箱体34和35。因为电解液易于在电极的整个区域上扩散,所以优选所述上升形式,并且就此而言,能够易于增强电池特性。图3所示单元框架110包括位于下部的液体供应孔113和位于上部的液体排放孔115,因此能够适当地在上升形式中使用。

(堆组)

rf电池1a包括上述多个单元堆10,并且这些单元堆10沿着水平方向并排地布置。典型地,其实例是如下形式:多个单元堆10并排地成行布置,以相互齐平,即,堆组100具有长方体形状。单元堆10不需要必须布置成单行,只要所述多个单元堆10被放置成相互齐平即可。例如,包括四个单元堆10的堆组100可以具有这样的形式:单元堆10被布置成2×2的正方形形状。

构成堆组100的单元堆10被串联和/或并联电连接。

堆组100典型地具有这样的形式:构成堆组100的单元堆10具有相同规格,诸如电极尺寸、单元数目等。堆组100可以具有这样的形式:例如,堆组100包括具有不同数目的单元的单元堆10。

(热交换器)

热交换器4是这样的部件:其在上述循环机构中设置于往路的配管16和复路的配管17中的至少一条上,并且改变电解液的温度,典型为冷却电解液(图1)。热交换器4包括配管集结部40,处于温度t0的电解液被引入到所述配管集结部40,并且温度从温度t0改变到温度t1的电解液从所述配管集结部40排出。进行强制冷却的热交换器4还包括冷却机构42。

配管集结部40典型地包括正极电极配管和负极电极配管,正极电解液流动通过正极电极配管,负极电解液流动通过负极电极配管,并且配管集结部40通过例如使用具有相对较小直径的配管、以曲折的方式布置配管或者螺旋地缠绕配管而被构造为确保较大的表面面积。热交换器4的形式的实例包括如下形式:包括作为配管集结部40的正极电极配管和负极电极配管、仅包括作为配管集结部40的正极电极配管、和仅包括作为配管集结部40的负极电极配管。rf电池1a可以具有封装形式(图1)或者独立形式(未示意),所述封装形式包括一起包括正极电极配管和负极电极配管这两者的热交换器4,所述独立形式包括仅包括正极电极配管的热交换器4和仅包括负极电极配管的热交换器4。

在所述封装形式中,例如,热交换器4可以具有这样的构造:正极电极配管和负极电极配管被容纳在单个外壳中,并且共用冷却机构42。这种构造能够减少部件的数目,并且为热交换器4提供良好的组装可操作性。在设置多个冷却机构42的情形中,能够增强冷却性能。

在所述独立形式中,易于改变热交换器4的规格(诸如配管长度、冷却机构42存在与否,和冷却机构42的规格)。相应地,当正极电解液的温度和负极电解液的温度相互不同时,能够根据每个温度控制冷却机构42。因此,易于将电解液冷却到更加适当的温度。

冷却方法的实例包括自然冷却和强制冷却。当执行强制冷却时,例如,优选将风扇(强制空气冷却)或者冷却介质通过其流动的流动机构(强制水冷却)设置成冷却机构42。图1通过使用双点线虚拟地示出上述封装形式,其中,冷却机构42被共用。注意,根据需要,通过允许诸如热水这样的加热介质通过流动机构流动,从而能够加热电解液。

优选地,热交换器4被设置在用作复路的配管17上,并且更加优选地,热交换器4被设置在配管17与每个单元堆10相连的部分附近。其原因如下。在电解液刚从每个单元堆10排放之后,电解液的温度通常最高。因此,在用作复路的配管17中,特别地,在连接到单元堆10的部分附近,易于确保电解液温度和外部环境温度之间的较大差异。相应地,设置在连接部分附近的热交换器4能够有效地冷却电解液。图1示出如下情况的实例:热交换器4被设置在用作复路的配管17的某一位置,该位置靠近连接到单元堆10的部分(靠近排放的部分170和171)。

热交换器4被设置在堆组100上方。因为多个单元堆10被并排地布置,所以堆组100上方存在一定空间,该空间具有对应于所述多个单元堆10的所有顶表面的虚拟平面面积。与上述竖直堆叠的情形相比,这个虚拟平面面积多出的面积对应于单元堆10的数目。相应地,当上述上方空间被用作用于置放热交换器4的空间时,能够置放具有较大平面面积的热交换器4,即,具有高冷却性能的热交换器4。通过并排地布置所述多个单元堆10,从而与竖直堆叠的情形相比较,易于缩短被连接的配管16和17的长度,并且易于确保用于安装热交换器4的较大空间。这还能够设置大型热交换器4。另外,当沿其堆叠方向(上下方向)透视观察堆组100和热交换器4时,可以调节热交换器4的平面面积,以使得热交换器4位于堆组100的平面面积内。在这种情形中,即使布置大型热交换器4,也基本不会由于热交换器4的布置而增加安装空间。例如,在上述独立形式的情形中,可以调节热交换器4的平面面积,从而使得用于正极电极的热交换器4和用于负极电极的热交换器4被并排布置时的所述平面区域位于堆组100的平面面积内。在此情形中,基本上不会由于布置热交换器4而增加安装空间。

如作为实例在图1中所示,当正负循环路径被布置成上升形式,并且热交换器4被设置在复路的配管17的、靠近排放的部分170和171上时,易于简化复路的配管结构。在所述上升形式中,因为每个单元堆10中的正极电解液和负极电解液向上流动,所以在从单元堆10排出之后,正极电解液和负极电解液随即向上引导。相应地,当热交换器4被设置在堆组100的上方并且位于靠近排放的部分170和171上时,从每个单元堆10排放的正极电解液和负极电解液能够易于被引入位于堆组100上方的热交换器4中。在此情形中,因为复路的配管17能够被设置成使得电解液向上或者沿着水平方向流动,所以易于简化复路的配管结构、特别是每个单元堆10和热交换器4之间的配管结构。图1示出如下情况的实例:电解液被允许沿着向上方向从每个单元堆10的顶端和热交换器4的顶端流动。可替代地,可以设置允许电解液沿着水平方向流动的部分。关于从热交换器4排放的正极电解液和负极电解液由此通过分别朝着箱体34和35流动的配管,无需设置电解液从向上方向朝着向下方向流动的区间。因此,能够省略在电解液从向上方向朝着向下方向流动的情形中所需的排气阀。这还能够易于简化复路的配管结构。

在上升形式的情形中,如果热交换器4被设置在复路上,但是例如被并排布置而不是被布置在堆组100上方,则复路的配管17还具有电解液从向上方向朝着向下方向流动的区间。因此,有必要设置排气阀,从而复路的配管结构趋于变得复杂。

(用途)

相对于诸如太阳能发电或者风力发电这样的自然能发电,实施例1的rf电池1a能够被用作蓄电池,以稳定电力输出的波动、在过剩供给期间存储所产生的电力、均衡负载等。进而,实施例1的rf电池1a能够被另外地放置在普通电厂中,并且用作针对电压下降/电力故障的对策和为了均衡负载的蓄电池。

(主要优点)

因为实施例1的rf电池1a包括并排布置的多个单元堆10,所以与竖直堆叠的情形相比较,易于减少用于构成基座的部件的数目。另外,因为作为重物的单元堆10被置放在下部,热交换器4被置放在堆组100上方,所以与热交换器4被置放在堆组100下方的情形相比,易于降低基座的增强程度。这种构造还易于减少用于构成基座的部件的数目。因此,根据rf电池1a,能够减少组装基座所用的时间,并且rf电池1a具有良好的、包括基座组装的组装可操作性。特别地,即使在如下情形中:rf电池1a包括具有大电极的单元堆10或者均具有大量单元的单元堆10,并且每个单元堆10具有更重的重量,仍然易于减少组装基座所用的时间,并且与竖直堆叠的情形相比较,能够有效地减轻工人的负担。

另外,因为实施例1的rf电池1a包括热交换器4,并且能够有效地冷却电解液,所以rf电池1a还具有良好的散热性能。在rf电池1a中,因为堆组100上方的空间用作置放热交换器4的区域,所以与竖直堆叠的情形相比较,易于确保充裕的热交换器4的安装空间。另外,因为与竖直堆叠的情形相比较,易于缩短配管16和17,所以易于确保充裕的热交换器4的安装空间。因此,rf电池1a能够包括具有高冷却性能的大型热交换器4,因此具有更好的散热性能。进而,即使当rf电池1a包括大型热交换器4时,堆组100的安装空间和热交换器4的安装空间仍然交迭。这种构造易于减少由于热交换器4的布置而引起的安装空间的增加,或者基本不增加安装空间。

如该实例所述,当正负循环路径被布置成上升形式、并且热交换器4被设置在复路的配管17的、靠近排放的部分170和171上时,如上所述,易于简化复路的配管结构。在此情形中,无需设置电解液从向上方向朝着向下方向流动的区间,并且如上所述,能够省略排气阀。这还能够易于简化复路的配管结构。因此,配管16和17易于组装,并且实现了包括配管16和17的组装的、更好的组装可操作性。另外,处于高温的电解液从靠近排放的所述部分170和171引入热交换器4中,并且能够被有效冷却,因此实现了更好的散热性能。

[实施例2]

以下,将主要参考图4到8描述实施例2的rf电池1b。

图4是在正交于其宽度方向的平面中剖切的容器2的纵向截面图,并且以简化方式示出内部结构。

图5是在正交于其高度方向的平面中剖切的容器2的水平截面图,并且以简化方式示出内部结构。

图6是容器2的纵向截面图,图7是容器2的水平截面图,图8是容器2的透视图,并且在这些图中的每一幅中,容器2被概略地示出,并且省略其内部结构。

实施例2的rf电池1b的基本构造与实施例1的rf电池1a相同。具体地,rf电池1b包括堆组100、置放在堆组100上方的热交换器4、存储电解液6的箱体3(正极电解液箱体34和负极电解液箱体35,图5)、单元堆10(在这个实施例中单元堆101和102)和被连接到箱体3并且电解液通过其流动的配管16和17。实施例2的rf电池1b进一步包括集中容纳堆组100、热交换器4、箱体3和配管16、17的容器2。与实施例1的主要差异在于,实施例2的rf电池1b包括所述容器2。

此后,关于实施例2,将详细描述与实施例1的差异,并且省略其与实施例1中的那些共有构造和优点的详细说明。

为了便于描述,图4示出单个箱体3、用作往路的单个配管16、用作复路的单个配管17和单个泵18。实际上,如实施例1中所述,设置由用于正极电极的箱体34、配管164和174和泵184、用于负极电极的箱体35、配管165和175和泵185。这类似地适用于图5。在下文中,箱体、配管和泵可以一起分别地称作箱体3、配管16和17和泵18。

(容器)

容器2典型地是用于例如输送普通货物的干式容器。如作为实例在图4中所示,容器2的形状典型地是长方体,特别是在安装状态(图4页面的下侧对应于安装表面侧)中呈水平较长的长方体。容器2的实例具有形成安装部的矩形底部20、被置放成与底部20相对的矩形顶板部21、将底部20的长侧连接到顶板部21的相应长侧的成对侧表面部22(参考图5,图4中仅看到页面内侧上的侧表面部22)和将底部20的短侧连接到顶板部21的相应短侧的成对端面部23。容器2可以在例如端面部23或者侧表面部22上包括可打开并且可关闭的门(未示出)。所述门根据需要打开,以调节rf电池1b的操作条件,并且检查rf电池1b的组件。这里,在容器2的安装状态下,容器2的纵向方向的尺寸称作长度,正交于纵向方向并且从底部20指向顶板部21的方向称作高度方向,沿着高度方向的尺寸称作高度,正交于纵向方向并且从一个侧表面部22指向另一侧表面部22的方向称作宽度方向,沿着宽度方向的尺寸称作宽度。

容器2的尺寸能够根据将被容纳组件的尺寸等被适当地选择。能够使用的容器2的实例包括根据iso标准(例如,iso1496-1:2013,等)的国际海运集装箱,并且典型地,20英尺容器、40英尺容器和45英尺容器;和20英尺高立方体容器、40英尺高立方体容器和45英尺高立方体容器,它们的高度均大于上述相应的容器。诸如容器2这样的大型器皿能够容纳例如多个单元堆10并排布置的堆组100以及包括大型单元堆10的堆组100,因此易于获得高输出电池。容器2的构成材料的实例包括金属,诸如钢(例如,用于普通结构ss400的轧制钢)。当容器2的构成部件由金属制成时,例如至少箱体腔室2t(以后描述)的内表面这样能够与电解液相接触的区域优选具有由不与电解液反应并且具有耐电解液的树脂(参考实施例1)、耐酸涂层、镀层(例如,金属诸如贵金属、镍或者铬)等形成的覆层。更加优选地,容器2的全部内表面(包括以后描述的分隔部24)具有覆层。

这个实例的容器2包括分隔部24,所述分隔部将水平较长的内部空间沿着容器2的纵向方向划分成两个区间。位于一个端面部23侧(图4中的右侧)上的一个区间称作单元腔室2c,位于另一端面部23侧(图4中的左侧)上的另一区间称作箱体腔室2t。即,在容器2中,单元腔室2c和箱体腔室2t沿着容器的纵向方向并排地布置。单元腔室2c容纳包括堆组100、热交换器4和泵18的配管16和17。箱体腔室2t容纳箱体3。在堆组100、热交换器4与配管16和17被集中地容纳在容器2的纵向方向的一端侧上并且箱体3被容纳在另一端侧上的形式(下文称作“侧方形式”)中,易于简化每个单元堆10和箱体3之间的配管16和17的布置结构,并且与例如箱体居间形式相比较,易于缩短配管16和17,在所述箱体居间形式中,堆组100与部分配管16和17被布置在一端侧上,泵18、配管16和17的其余部分、热交换器4等被布置在另一端侧上,且箱体3位于其间。因此,例如,易于执行每个单元堆10与配管16和17之间的连接操作和热交换器4的安装。另外,堆组100和热交换器4易于被布置成相互靠近,因此能够有效地冷却电解液。

这个实例的分隔部24是矩形板,该矩形板被竖直地布置,从而从底部20延伸,并且具有这样的高度:所述板的上端达到顶板部21,并且具有这样的宽度:从一个侧表面部22延伸到另一侧表面部22。分隔部24具有接近端面部23的虚拟平面面积的尺寸和形状。即使当箱体3由诸如橡胶这样的柔性材料形成时,这个分隔部24仍然易于保持箱体3的形状。当分隔部24具有供连接到箱体3的配管16和17插入其中的插入孔时,能够允许电解液在箱体腔室2t和单元腔室2c之间流动。分隔部24的形状、尺寸等能够被适当地改变。分隔部24的至少一部分可以被省略。当从底部20的内表面延伸的分隔部24的高度例如低于在箱体3中连接到配管16和17的部分的位置时,无需设置插入孔。

分隔部24被设置成使得单元腔室2c和箱体腔室2t具有期望的容积。在这个实例中,分隔部24被设置在这样的位置:箱体腔室2t的容积是单元腔室2c的容积的大约两倍。然而,分隔部24的位置可以被适当地改变。例如,箱体腔室2t的容积和单元腔室2c的容积可以大致彼此相等。可替代地,与以上相比,单元腔室2c可以更大(箱体腔室2t可以更小)。较大的箱体腔室2t能够增加电解液量,以提供大容量电池。

关于上述侧方形式,当已经容纳组件的容器2在rf电池1b的安装期间被起重机等吊起时,容器2可能倾斜,这可能难于将底部20放置在预定安装位置上。相应地,例如,考虑到重量平衡,优选地调节单元腔室2c和箱体腔室2t的容积分配比率、容纳在单元腔室2c中的物体(包括下文所述的其它部件)的质量、所述物体在单元腔室2c中的布置位置和箱体3的质量,以使容器2不倾斜,并且优选地,底部20在吊起期间被保持水平。

此后,假设箱体腔室2t的容积大于单元腔室2c的容积,并且假设箱体腔室2t的长度l2t大于单元腔室2c的长度l2c。如图6和7所示,容器2的纵向方向和高度方向的中心由p表示(图6),容器2的纵向方向和宽度方向的中心由q表示(图7),容器2的长度由l表示,容器2的宽度由w表示(图7),并且容器2的重心由g表示。如图6所示,从中心p延伸到容器2的左侧上的端面部23的区域被定义为箱体腔室2t的大区域t1,在从中心p延伸到容器2的右侧上的端面部23的区域中,延伸到分隔部24的区域被定义为箱体腔室2t的小区域t2,其余区域被定义为单元腔室2c。在堆组100、热交换器4、箱体3和配管16和17被容纳在容器2中(图4等)的状态下的纵向截面上,箱体腔室2t的大区域t1的质量由wt1表示,从中心p到大区域t1的重心(点p1)的距离由lt1表示。箱体腔室2t的小区域t2的质量由wt2表示,从中心p到小区域t2的重心(点p2)的距离由lt2表示。单元腔室2c的质量由wc表示,从中心p到单元腔室2c的重心(点pc)的距离由lc表示。在此情形中,在容纳有堆组100和其它组件状态下的容器2中,当从中心p到重心g的距离由x表示时,围绕重心g的力矩的公式由wt1×(lt1+x)+wt2×(x-lt2)=wc×(lc-x)表示。相应地,x=(wc×lc-wt1×lt1+wt2×lt2)/(wc+wt1+wt2)。

这里,如图8所示,长方体容器2的重心g0位于长方体的中心(纵向方向的中心线、宽度方向的中心线和高度方向的中心线的交叉点)处,并且在线束被附接到容器2的顶板部21的四个角部的状态下,假设沿着穿过所述重心g0的直线的方向来吊起所述容器2。这里,吊起点r是穿过重心g0并且垂直于顶板部21的直线和沿着相应线束的直线的交叉点,所述直线相对于顶板部21以角度θ倾斜。在此情形中,线束的张力彼此相等。当左侧上的张力由f1表示,右侧上的张力由f2表示,并且容器的质量由w表示时,则f1=f2=(1/4)×(1/sinθ)×w×重力加速度。当容器2的重心g0向一侧(图6中的右侧)移位时,张力f1和f2之间的平衡发生改变。即便以此方式使得长方体容器2的重力位置从容器2的纵向截面的中心向纵向方向上的一端或者另一端移位,理想的是,调节容器2的重量平衡,从而安全地吊起容器2。

如图6中所示,在容器2的顶板部21的纵向方向的一端和另一端分别由力m1和力m2吊起的情形中,围绕重心g的力矩的公式由m1×[(1/2)×l+x]=m2×[(1/2)×l-x]表示。相应地,m1={[(1/2)×l-x]/[(1/2)×l+x]}×m2。代入公式x=(1/2)×l到(1/20)×l,并且根据m1和m2的比率m1:m2确定张力f1和f2的比率f1:f2。基于这个张力比率,当重心位置从g0移位到g时,偏心率为+100%到+10%。例如,当x=(1/3)×l时,m1:m2=(1/5):1。当使用这个比率时,满足2×f1+2×f2=1的分母是12。相应地,f1:f2=(1/12):(5/12)。在此情形中,δ(f2-f1)×2=2/3,因此当x=(1/3)×l时,偏心率是+66.7%。偏心率随着x的值降低而降低。这里,当偏心率小于70%时,能够安全地执行吊起。因此,容器2的重量平衡优选地被调节为满足x≤(1/3)×l。当满足x≤(1/4)×l(偏心率:50%或者更低)并且满足x≤(1/6)×l(偏心率:33%或者更低)时,重量平衡更好,并且能够更加稳定地吊起容器2。

在如下情况下:在安装rf电池1b之前,在箱体3空闲而不存储电解液6的状态下将rf电池1b输送到安装场地,然后在安装之后将电解液6存储在箱体3中,能够减小输送期间rf电池1a的重量,以易于执行输送和安装操作。在此情形中,箱体腔室2t侧上的质量趋于小于容纳有诸如堆组100这样的重物组件的单元腔室2c侧上的质量。相应地,考虑到良好的安装可操作性,如上所述,每个组件的质量、所述组件沿着纵向方向的布置位置等被优选调节为满足x≤(1/3)×l。

在上述箱体居间形式中,当例如箱体3被容纳在容器2中、从而在纵向方向上箱体3的中心与容器2的中心交迭,并且堆组100被容纳在容器2的一个端侧上,包括泵18的配管16和17、热交换器4等被容纳在另一个端侧上从而夹持箱体3时,易于实现在纵向截面上的重量平衡。

在侧方形式和箱体居间形式中的每一个中,当容器2的重心位置从容器2的水平截面的中心向左侧或者右侧移位时,优选调节容器2的水平截面上的重量平衡。这种重量平衡的调节优选如此执行:当容器2由诸如卡车这样的车辆在陆地上输送时,卡车等不会由于道路曲线上的离心力而发生翻转。具体地,重量平衡优选被调节为使得非平衡负载在10%内。如图7中所示,在容器2的水平截面上,从中心q到重心g的距离由y表示。如上述用于确定纵向截面上的偏心率的方法中那样,距离x被距离y替代,长度l被宽度w替代。在此情形中,为了满足10%或者更低的非平衡负载,容器2的重量平衡优选被调节为满足y≤(1/20)×w。当满足y≤(1/25)×w(非平衡负载:8%或者更低)并且进而满足y≤(1/30)×w(非平衡负载:6.7%或者更低)时,重量平衡更好,并且容器2能够被更加稳定地吊起。

进而,在容器2中,从易于抑制由于容器2外侧的环境引起的、箱体3中的电解液6的温度变化的观点来看,热绝缘材料优选被设置在箱体3周围的区域中。热交换器4可以被设置在复路的配管17上,从而将被冷却的电解液6返回箱体3。这种构造易于防止电解液6、配管16和17等发生热降解。在这个实例中,热绝缘材料可以被设置在如下区域:在该区域,箱体腔室2t形成在分隔部24、图4左侧上的端面部23、底部20、顶板部21和两个侧表面部22上。

(箱体)

当箱体3具有与容器2一致的形式、具体为该实例中的长方体形式时,箱体3的容积增加,以易于增加所存储的电解液量。这个实例的正极电解液箱体34和负极电解液箱体35均是水平较长的长方体,并且具有相同的尺寸。该两个箱体34和35的组合具有与箱体腔室2t的内周形一致的形式,并且该组合的尺寸大致稍小于箱体腔室2t的内部尺寸(图5)。在这个实例中,两个箱体34和35沿着容器2的宽度方向被并排地容纳。特别地,由诸如橡胶这样的柔性材料形成的箱体3能够发生弹性变形。相应地,甚至具有大容积的箱体3也易于被容纳在容器2中。另外,即便箱体3的内部压力改变,也易于通过弹性变形来缓解由于内部压力引起的应力。

在上升形式的情形中,如图4所示,箱体3的、被连接到往路的配管16的一部分可以被设置在箱体3的下部(在图4中靠近容器2的底部20),并且箱体3的、被连接到复路的配管17的一部分可以被设置在箱体3的上部(在图4中靠近顶板部21)。

(热交换器)

如实施例1中那样,热交换器4被设置在堆组100上方。图5示出如下状态的实例:堆组100位于热交换器4下方,热交换器4和堆组100交迭。如实施例1中所述,对应于堆组100的虚拟平面面积的、热交换器4的平面面积能够将大型热交换器4甚至容纳在具有相对较小的容积的区域中,例如容器2中,特别为单元腔室2c中。在这个实例中,正负循环路径被布置成上升形式,热交换器4被设置在复路的配管17的靠近排放定位的所述部分170和171上。

(所容纳的其它部件)

容器2能够进一步容纳例如控制单元和下文所述的箱体3的通风机构(这两者均未示出),所述控制单元控制与电解液在循环机构中的循环有关的装置等,诸如泵18。

箱体3的通风机构包括例如气体发生器、气体流率调节机构、回流防止机构和连接到箱体3的配管。

气体发生器产生用于对箱体3的气相进行通风的流动气体。在rf电池中,例如,可能在负极电极上由于电池反应等副反应而产生含氢气体,并且所述含氢气体可能积聚在负极电解液箱体的气相中。例如,利用流动气体对负极电解液箱体35的气相进行通风能够降低负极电解液箱体35的气相中的氢浓度,并且能够将该气体释放到空气中。流动气体优选包含非活性气体或者基本上是非活性气体。非活性气体的实例包括氮气和稀有气体(氩气、氖气和氦气)。通过使用能够产生氮气的气体发生器,能够从空气获取氮气,因此能够基本上永久供应流动气体。

气体流率调节机构调节从诸如气体发生器这样的气体供应源供应到箱体3的气相的流动气体的进给速率。气体流率调节机构包括例如流量计和阀,并且基于利用流量计测量的流动气体的流率来调节阀的开度。基于流率确定开度、阀的操作等可以由控制单元执行。

回流防止机构被设置在连接到箱体3的排放配管上,并且防止排放气体在箱体3的气相中回流。例如,已知的水密封阀等能够被用作回流防止机构。

用于利用流动气体对箱体3的气相通风的具体形式的实例包括两个箱体34和35被连续通风的形式(1)和(2)和每个箱体34和35被独立通风的形式(3)。在正极电解液箱体34→负极电解液箱体35→排放的形式(1)中,两个箱体34和35的气相通过连通配管相互连接,气体发生器被连接到正极电解液箱体34的气相,排放配管被连接到负极电解液箱体35的气相。流动气体被引入正极电解液箱体34的气相中,并且流动气体还通过正极电解液箱体34和连通配管被供应到负极电解液箱体35的气相并且从排放配管排放。排放配管的一端可以被连接到箱体3,另一端可以向容器2的外侧打开,以向容器2外侧的空气排放流动气体,或者流动气体可以从向容器2的内侧打开、并且例如设置在容器2的侧表面部22中的通风孔排放。在负极电解液箱体35→正极电解液箱体34→排放的形式(2)中,与以上(1)相反,连通配管如上述(1)中那样连接,排放配管被连接到正极电解液箱体34的气相,气体发生器被连接到负极电解液箱体35的气相。流动气体被引入负极电解液箱体35的气相中,并且流动气体通过连通配管和负极电解液箱体35的气相被供应到正极电解液箱体34的气相并且被排放。在形式(3)中,气体发生器和排放配管被连接到每个箱体34和35,并且流动气体被引入箱体34和35的气相中并且被排放。

(主要优点)

在实施例2的rf电池1b中,堆组100、箱体3、热交换器4和配管16和17被集中地容纳在容器2中。相应地,rf电池1b能够在诸如工厂这样易于确保充裕工作空间的地点进行组装,并且具有更好的组装可操作性。如该实例所述,在容器2的纵向方向的一端侧用作单元腔室2c、并且堆组100、热交换器4和配管16和17被容纳在单元腔室2c中的情形中,易于简化配管结构,并且与上述箱体居间形式相比较,易于缩短配管16和17。相应地,还能够减少组装配管16和17所用时间、安装热交换器4所用时间等,并且提供了更好的组装可操作性。

另外,在堆组100被集中地容纳在容器2中时,实施例2的rf电池1b在堆组100上方包括热交换器4。相应地,实施例2的rf电池1b如在实施例1中那样具有良好的散热性能。因为易于缩短配管16和17,所以易于确保大型热交换器4的安装空间。因为能够提供大型热交换器4,所以实现了良好的散热性能。如该实例所述,即使在堆组100被容纳在诸如单元腔室2c这样相对较窄空间中的情形中,与竖直堆叠的情形相比,易于确保相对充裕的空气流动空间,并且期望配管16和17易于通过空气的流动而被空气冷却。这种构造也提供良好的散热性能。进而,在堆组100的情形中,如该实例所述,热交换器4和配管16和17被容纳在单元腔室2c中,并且如上所述,配管16和17较短,电解液易于被快速引入热交换器4中,并且能够有效地冷却电解液。这种构造也提供良好的散热性能。进而,如该实例中所述,当正负循环路径被布置成上升形式并且热交换器4被布置在靠近排放的所述部分170和171上时,处于高温的电解液能够被快速地引入热交换器4中并且被有效冷却。这种构造也提供良好的散热性能。

另外,如上所述,考虑到重量平衡,对堆组100、配管16和17和箱体3的质量、纵向方向的布置位置和宽度方向的布置位置进行调节,从而当已经容纳以上组件的容器2被放置在安装位置上时,容器2能够被起重机等稳定地吊起。在已经容纳以上组件的容器2被卡车等输送期间,卡车等能够稳定地行驶。因此,还提供了良好的安装可操作性和良好的输送可操作性。

进而,rf电池1b实现了下述优点。

(1)因为诸如堆组100、箱体3和配管16和17这些组件被集中地容纳在单个容器2中,所以rf电池1b有利之处在于易于进行输送、易于进行安装并且组件能够受到容器2保护。

(2)因为容器2的内侧被划分成单元腔室2c和箱体腔室2t,所以易于对例如单元堆10、泵18、控制单元和其它组件进行检查。

本发明不限于上述实例。本发明的范围由所附权利要求限定,并且旨在涵盖在等价于权利要求所述技术方案的含义和范围内的所有修改。

例如,在图1、4和5中,可以改变堆、循环路径等的数目。在图4和5中,可以改变容器2中所容纳物体的布置,并且可以省略分隔部24。

主要容纳堆组100的容器和主要容纳箱体3的容器可以是相互独立的容器。

例如,rf电池可以包括容纳堆组100、热交换器4、配管16和17等并且不容纳箱体3的设备容器和容纳箱体并且不容纳堆组的箱体容器100。相互分离的设备容器和箱体容器能够易于进一步增加堆的数目。关于箱体容器,能够使用正极箱体34和负极箱体35被集中容纳的形式,和包括容纳正极电解液箱体34的正极电极容器和容纳负极电解液箱体35的负极电极容器的形式。

附图标记列表

1a、1b氧化还原液流电池(rf电池)

10c电池单元

11隔膜

14正极电极

15负极电极

16、17、164、165、174、175配管

170、171靠近排放的部分

18、184、185泵

100堆组

10、101、102单元堆

110单元框架

111双极板

112框架本体

113液体供应孔

114、116狭缝

115液体排放孔

118密封部件

120子单元堆

122供应/排放板

130端板

132紧固部件

2容器

2c单元腔室

2t箱体腔室

20底部

21顶板部

22侧表面部

23端面部

24分隔部

3箱体

34正极电解液箱体

35负极电解液箱体

4热交换器

40配管集结部

42冷却机构

6电解液

t1大区域

t2小区域

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