JPH0447904Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は液循環型金属−ハロゲン電池に関し、
特に反応槽内を流れる電解液の流量・流速分布を
均一にした液循環式−ハロゲン電池に関するもの
である。

［従来の技術］ 金属−ハロゲン電池としては、従来から亜鉛−
臭素二次電池や亜鉛−塩素二次電池が知られてい
る。このような二次電池は、単電池を必要に応じ
直列・並列に接続して実用的な電圧と電流を得
る。また、バイポーラ型積槽電池として使用され
ることも多い。

前記金属−ハロゲン電池の原理を第３図により
説明する。

同図において反応槽１０内では正極１２と負極
１４とがセパレータ１６により正極室１０ａと負
極室１０ｂとして仕切られ、この反応槽１０と正
極液貯蔵槽１８と負極液貯蔵槽２０との間で配管
２２を介し電解液循環経路が形成されている。こ
のとき、配管２２を流れる電解液はポンプ２４
ａ，２４ｂにより反応槽１０へ圧送される。

そして、反応槽内において、充電時には正極側
にハロゲンが生成され、負極側に金属が析出され
る。

また、放電時には負極板上に析出された金属が
酸化されて金属イオンとなつて電解液中に溶解
し、電解液中のハロゲンは還元されてハロゲンイ
オンとなつて電解液中に溶解する。

第４図は前記の原理に基づく従来の電解液循環
式積層二次電池の分解傾斜図である。

同図において、電極板２６は絶縁部２８と導電
部３０とにより構成され、その対角線上にマニホ
ールド３２が設けられている。また、セパレータ
３４はセパレータ膜３４ａの周囲にセパレータ枠
３６を有し、該セパレータ枠３６には電解液を正
極室と負極室とに供給するマニホールド３８及び
チヤンネル４０が形成されている。

このように金属−ハロゲン電池では、電解液は
電解液タンクから電池スタツクの各液室を通り電
解液タンクに戻る経路で循環しているが、積層板
内の厚さ１mm程度の正極室・負極室を流れること
となるため、この各液室内の流れが均一でないと
きは過電圧が発生したり、不均一な電着が起こつ
たりし電池にとつて好ましくない状態となる。

また、シヤントカレントを防止する必要から電
解液の出入口は従来から前記第４図のごとく電池
の上下の隅に対角線に配置することが行われてい
た。また、電極の導電部３０の面積が600〜1200
cmと大きくなると、電解液を均一に流すことはむ
ずかしかつた。

これを解決する手段として、特開昭57−115772
号公報に開示されているように、第５図に示され
るチヤンネル４０とセパレータ膜３４ａとの間に
整流板群４２が形成されたものがあつた。これに
よつて、各正極室・負極室内では電解液の均一な
流速分布及び均一な流量分布を得ることができ
た。

［考案が解決しようとする問題点］ 従来の問題点 しかしながら、前記従来の整流板群の構造は、
均一な流速分布を得るように整流することの難し
さのため、複数列の整流板より構成されていた。

即ち、前述した従来の構造においては、各整流
板４２の間に設けられている隙間が一定であり、
このために、均一な流速及び流量分布を得るため
には、整流板４２自体の長さを変えなければなら
ず、これによつて、電解液の流入口及び流出口か
ら距離に応じた隙間密度を可変としていた。

このような整流板の構造配置は、実際上、各整
流板４２に必要とされる機械的強度の制約から短
い整流板であつてもその大きさには限界があり、
この結果、流入口及び流出口より最も遠い側の整
流板４２の長さを最小値に設定すると、流入口及
び流出口直近の整流板長さは実際上均一な分布を
得るためには相当に大きな長さを与えなければな
らず、この結果、整流板の下流側に電解液流の渦
が生じてしまうという恐れがあつた。

従つて、前述した従来装置においては、このよ
うな乱流による渦を速やかに消滅させるため、前
記均一分布を得るための整流板の下流に更に第２
列及び第３列の整流板を設ける必要があつた。

このように整流板群が複数列の整流板により構
成されると、整流板の縦幅が大きくなり、電池を
搭載する上で高さの低いことが好まれる電気自動
車フオークリフト等の車載用電池としては不向き
となつていた。

また、整流板群が複数列の整流板により構成さ
れると、複数列間にガスが滞留し易くこのガスが
電解液の流れを妨げる原因となつていた。

考案の目的 この考案は、斯る問題点を解決するために成さ
れたもので、反応槽内を流れる電解液の流量と流
速の分布を均一にし、これによつて、電解液の不
均一な流れによつて生じる過電圧や金属電析不良
等の発生を防止した液循環式金属−ハロゲン電池
の提供を目的とする。

［問題点を解決するための手段及び作用］ この考案に係る液循環式金属−ハロゲン電池
は、電解液流入口及び電解液流出口と反応槽との
間に、これら両者を互いに仕切りかつ夫々一列に
略一定ピツチで整列配置された第１の整流板群及
び第２の整流板群が設けられている。このように
整流板群を一列にしたことで、整流部の構造が簡
略化されるとともに、整流部の占める面積を最小
限におさえることができる利点を有している。

この場合、電解液は電解液貯蔵槽と反応槽との
間で循環されており、このような電解液が反応槽
内に流入したり反応槽から流出する際、これら第
１と第２の整流板群における電解液の通り抜ける
隙間幅は、流入口に近い部分で小さくされ、流入
口から遠ざかるに従い大きくされている。

このため、電解液が前記隙間を通り抜けた後の
圧力は、反応槽内における全ての場所で等しくな
り、電解液の流れが均一化される。このため、負
極側には金属が均一に電着されることとなり、過
電圧の発生を防止することができる。

また、本考案によれば、前述した如く整流板の
配置ピツチを略一定とし、一方で隙間長さを可変
としているので、各整流板長を小さくすることが
でき、この結果、電解液流の下流側における渦の
発生が少なく、一列の整流板でも充分な整流作用
が得られるという利点がある。

しかも、前記隙間幅は所定の関数式に従つて変
化するように形成されており、構造の大小に拘ら
ず隙間寸法決定のための試作を必要とすることな
く容易に製造することができる。

［実施例］ 以下図面に基づき本考案の好適な実施例を説明
する。

第１図は本考案に係る液循環式金属−ハロゲン
電池の要部説明図である。

同図において、セパレータ６にはセパレータ膜
５０と、該セパレータ膜５０の外周部に設けられ
セパレータ膜５０を保持するセパレータ枠６０と
から成つている。

このセパレータ６２の第１図における上下部に
は、セパレータ膜５０の図心に対して点対称な位
置関係にそれぞれ整流板群４８，５８と流入・排
出側チヤンネル４６，５６、及び流入・排出側マ
ニホールド４４，５４が設けられている。

そして、電解液は、図示しない電解液貯蔵槽か
らセパレータ膜５０と電極板（図示せず）との間
に形成される反応槽５２に流入し、ここで所定の
電気化学反応が行われた後、再び電解液貯蔵槽に
戻る循環経路において圧送されながら移動する。

すなわち、電解液は、電解液貯蔵槽→流入側マ
ニホールド４４→流出側チヤンネル４６→流入側
整流板群４８→反応槽５２→流出側整流板群５８
→排出側チヤンネル５６→排出側マニホールド５
４→電解液貯蔵槽の経路で循環することとなる。

ここで、本考案の特徴的なことは、前記整流板
群４８，５８は、電解液流入口及び流出口と反応
槽との間に両者を互いに仕切り、それぞれ一列に
整列配置されているとともに、この整流板群４
８，５８における各整流板４８−１，４８−２
…，５８−１，５８−２…の隙間幅が、電解液流
入口側又は電解液流出口側から離れるに従い所定
の関数式に比例して増加するように形成されてい
ることである。

本実施例においては、前記整流板群４８，５８
は、それぞれ複数の整流板４８−１，４８−２…
及び５８−１，５８−２…から成り、また第２図
に示されるように、これらの整流板４８−１、４
８−２…及び５８−１，５８−２の高さは前記セ
パレータ枠６０の高さと等しくされている。これ
はこのセパレータ枠６０の表裏側に電極板が順次
積層されたとき、これらセパレータ枠６０と電極
板とが密着され、積層部から電解液が漏洩しない
ようにするためである。

また、以上における各整流板４８−１，４８−
２…，５８−１，５８−２…の隣接するピツチＰ
は一定とした場合、整流板間の隙間幅ｄは ｄ＝１／（ｘ−）²＋A² (1) の式に従つてｘの増加とともに大きくなるよう
に設定されている。

なお、前記ｄは整流板間の隙間幅、は電解液
流出入口からの整流板群の横幅、ｘは電解液流出
入口からの距離、Ａは補正係数であつて０〜の
値をとり得る。

前記(1)式に基づくｄの値を第８図に示す。ここ
でＰ＝15mm，＝350mm，Ａ＝100とした。

次に、前記(1)式を求めるための計算結果を以下
に説明する。

まず、第６ａ図のような液循環式電池のモデル
を設定する。

同図において、電解液の流速が均一であるため
には、第６ｂ図のように、その圧力分布は全域で
直線的分布をしていなければならない。

そこで、隙間ａが一定のときどういう密度で隙
間をｘ方向に分布させれば、隙間通過流量がｘ方
向に一定で、しかも圧力分布が直線的分布になる
かモデル計算する。

まず、流路を通る流量変化と隙間を通り流出す
る流量のバランスを考慮することにより、 ak（ｘ）ｕ（ｘ）＋〓Ｖ（ｘ）／〓ｘＷ＝０ − また、隙間を通り流出する流量は一定でなけれ
ばならないことから、 ｋ（ｘ）・ｕ（ｘ）＝Cc＝const − 液が隙間を通過することにより発生する圧力
は、 Ｐ（ｘ）＝λu（ｘ） − 次に、液が流路を通過することにより発生する
圧力は次式から与えられる。

dP（ｘ）／dx＝−12μ／h²Ｖ（ｘ） − ここで、 λ：比例係数 μ：粘性係数 ｈ：流路の厚さ Ｐ：圧力 Ｗ：流路の幅 P₀：入口での圧力 Ｐ（ｘ）：入口よりｘの距離での圧力 V₀：流入する流量 Ｖ（ｘ）：入口からｘの距離での流量 Ｖ（）：流路端での流量 ｕ（ｘ）：隙間を通り出てゆく流量 ａ：隙間寸法（一定） ｋ（ｘ）：隙間密度 上記式，，をへ代入する aCc＋Ｗ∂／∂x（−h²dP（ｘ）／12μdx）＝０ aCc−h²λW／12μ・d²ｕ（ｘ）／dx²＝０ これより d²ｕ（ｘ）／dx²＝12μaCc／λWh²≡C₁ ｕ（ｘ）＝C₁／２x²＋C₂ｘ＋C₃ ｋ（ｘ）＝（C₁／２x²＋C₂ｘ＋C₃）^-1×Cc Ｐ（ｘ）＝λ（C₁／２x²＋C₂ｘ＋C₃） Ｖ（ｘ）＝−h₂λ／12μ（C₁ｘ＋C₂） Ｖ（）＝Ｏ，Ｖ（Ｏ）＝V₀より C₂＝−12μ／h²λV₀，C₁＝12μ／h²λV₀ これよりC₂＝−C₁ ∴Ｖ（ｘ）＝V₀（１−ｘ／） Ｐ（ｘ）＝λ（C₁／２x²＋C₂ｘ＋C₃） ＝λ（C₁／２x²−C₁ｘ＋C₃） ∴P₀＝λC₃， Ｐ（）＝λ（−C₁／２²＋C₃） ｕ（ｘ）＝C₁／２x²−C₁ｘ＋C₃ ＝C₁／２（ｘ−）²−C₁／２²＋C₃ ｋ（ｘ）＝Cc×（C₁／２x²−C₁ｘ＋C₃）^-1 ＝Cc×｛Ｃ／２（ｘ−）² −C₁／２²＋C₃｝¹ ＝Cc・C₁／２｛（ｘ−）² −²＋2C₃／C₁｝^-1 ここで、−²＋2C₃／C₁＝A²とおくと ｋ（ｘ）＝Cc・C₁ｃ／２ １／（ｘ−）²＋A² ∴ｋ（ｘ）∝１／（ｘ−）²＋A² これより、隙間の幅を１／（ｘ−）²＋A²に比例 するように決めればよい。奥が流れすぎる場合に
A²の大きさで調整する。

以上のように、本実施例では電解液の流量が
100ml／mm以上で反応槽５２に均一な流れが得ら
れ、以下ような効果が達成されることが判明し
た。

反応槽５２内において広範囲な流量で均一な
流速分布が得られる。

反応槽５２内における流れが均一化されるこ
とにより、負極上に析出される金属の電着が均
一となる。

整流板群４８，５８を一列に配置したこと
で、構造が簡単となり整流部の面積を小さくす
ることができる。このため、電池全体の寸法も
小さくすることができる。

従来の複数列の整流板群にあつては、隙間寸
法を決定するために何度も試作実験を行わなけ
ればならなかつたが、本実施例においては前記
式に基づき容易に決定することができる。

複数列の整流板群の構造では、整流板の列間
にガスが滞留し易く、該ガスにより電解液の流
れが妨げられる原因となつていたが、一列の整
流板群にあつてはガスが滞留することがなく、
従つて電解液がスムーズに流れる。

電解液流出入口における整流板間の隙間が小
さいので、シヤフト電流を低減することができ
る。

［考案の効果］ この考案は以上説明したとおり、電解液流出入
口と反応槽との間に一列に整列配置された整流板
群を設け、その各整流板の隙間幅を所定の関数式
に従うように設定したことにより、反応槽におけ
る電解液の流速分布を均一にし、電解液の不均一
な流れによつて生じる過電圧や金属の電析不良の
発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る液循環式金属−ハロゲン
電池の要部説明図、第２図はそのＡ−Ａ断面図、
第３図は液循環式電池の原理説明図、第４図及び
第５図は従来の積層型液循環式金属−ハロゲン電
池の分解斜視図、第６図ａは液循環式電池の模式
的説明図、第６図ｂはその圧力分布を示す図、第
６図ｃは符号説明図、第７図は流出から距離と隙
間密度との関係を示す図、第８図はｄの内容を表
す説明図である。 ４４，５４……マニホールド、４６，５６……
チヤンネル、４８，５８……整流板群、５０……
セパレータ膜、５２……反応槽、６０……セパレ
ータ枠、６２……セパレータ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 反応槽と電解液貯蔵槽との間で電解液を循環
   させる液循環式金属−ハロゲン電池において、
   電解液流入口及び流出口と反応槽との間に両者
   を互いに仕切り夫々一列に略一定ピッチで整列
   配置された第１の整流板群及び第２の整流板群
   を設け、これら第１及び第２の整流板群におけ
   る各整流板の隙間幅を電解液流入口側又は電解
   液流出口側から離れるに従い徐々に増加するよ
   うに形成したことを特徴とする液循環式金属−
   ハロゲン電池。 (2) 実用新案登録請求の範囲第１項記載の電池に
   おいて、各整流板の隙間幅は以下の関数式に従
   つて増加することを特徴とする液循環式金属−
   ハロゲン電池。 ｄ＝１／（−ｘ）²＋A² ｄは整流板間の隙間幅、 は電解液流出入口からの整流板群の幅、 ｘは電解液流出入口からの距離、 Ａは補正係数。