專利名稱：一種液流電池用容積式換熱設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及化工換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，特別是一種容積式換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)及其在液流電池中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前，液流電池作為一種新的儲(chǔ)能方式，倍受人們的關(guān)注和重視。在液流電池運(yùn)轉(zhuǎn)期間，電解液流經(jīng)液流電池的泵和電堆，會(huì)帶走泵和電堆工作時(shí)產(chǎn)生的熱量。在導(dǎo)熱性能不佳的非金屬管路系統(tǒng)中，處于常溫工作的電解液所攜帶的熱量會(huì)逐漸積累，其溫度因此會(huì)不斷上升，當(dāng)電解液溫度升高到一定程度時(shí)，將嚴(yán)重影響到電解液的性狀，致使液流電池性能衰減。此外，在環(huán)境溫度較低的情況下，液流電池性能又會(huì)出現(xiàn)因電解液溫度過(guò)低而衰減的情況。因此，有必要增設(shè)一種換熱設(shè)備，對(duì)液流電池進(jìn)行冷卻或加熱，使電解液處于最佳工作溫度，確保液流電池穩(wěn)定運(yùn)行。文獻(xiàn)(朱順良等.大規(guī)模蓄電儲(chǔ)能全釩液流電池研究進(jìn)展.化工進(jìn)展，2007， 26(2): 207-211)表明，目前，國(guó)內(nèi)外的液流電池所采用的換熱方式是通過(guò)管路將換熱設(shè)備、儲(chǔ)液罐和電堆相互串接起來(lái)，換熱設(shè)備因此成為電解液循環(huán)管路系統(tǒng)的一個(gè)組成部分， 可對(duì)循環(huán)過(guò)程中的電解液直接進(jìn)行冷卻或加熱，從而達(dá)到對(duì)液流電池進(jìn)行換熱的目的。液流電池作為一種新的儲(chǔ)能手段，其顯著特點(diǎn)是電解液依賴于泵進(jìn)行循環(huán)。為提高液流電池的儲(chǔ)能效率，需盡可能減少泵的功耗，故而，液流電池在設(shè)計(jì)和安裝時(shí)，要求電解液管路系統(tǒng)盡可能的簡(jiǎn)明、通暢，通過(guò)降低電解液流動(dòng)阻力損失的方式來(lái)減少泵的功耗。 然而，文獻(xiàn)中介紹的液流電池的換熱方式，需要使用傳統(tǒng)化工換熱設(shè)備(如板式、管殼式等換熱設(shè)備)。顯然，其存在如下缺陷首先，由于電解液需流經(jīng)換熱設(shè)備，電解液流動(dòng)阻力損失增加，液流電池的儲(chǔ)能效率下降；其次，為了安裝換熱設(shè)備，必然要增加電解液循環(huán)系統(tǒng)中管路接口的數(shù)量，因而，這種換熱方式從根本上降低了電解液循環(huán)管路系統(tǒng)的整體密封性；再次，換熱設(shè)備體積較大，會(huì)加大液流電池機(jī)組的體積，不利于設(shè)備的搬運(yùn)和安裝。因此，有必要設(shè)計(jì)一種換熱設(shè)備，其在實(shí)現(xiàn)對(duì)液流電池進(jìn)行冷卻或加熱的同時(shí)，能夠不增加液流電池電解液的流動(dòng)阻力損失，同時(shí)保證電解液管路系統(tǒng)的密封性，不增加液流電池機(jī)組的體積。
發(fā)明內(nèi)容為了在不增加電解液流動(dòng)阻力損失的前提下，解決液流電池的冷卻或加熱問(wèn)題， 本實(shí)用新型提供了一種液流電池用容積式換熱設(shè)備，其與液流電池在設(shè)計(jì)和安裝過(guò)程中均可以相對(duì)獨(dú)立進(jìn)行。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是所采用的容積式換熱設(shè)備主要包括循環(huán)水系統(tǒng)1、制冷系統(tǒng)2、補(bǔ)熱裝置3和補(bǔ)水裝置4，其中，循環(huán)水系統(tǒng)1用于對(duì)液流電池進(jìn)行冷卻或加熱；制冷系統(tǒng)2用于對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行冷卻；補(bǔ)熱裝置3采用電加熱方式，用于對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行加熱；補(bǔ)水裝置4采用閥門控制，用于對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)1進(jìn)行補(bǔ)水。[0007]本實(shí)用新型所述的循環(huán)水系統(tǒng)1包括換熱器6、水箱7、水泵9、循環(huán)水回流管路9、 泵吸入管路10和泵壓出管路11，其中，所述換熱器6出口和水箱7入口由循環(huán)水回流管路 9連通；所述水箱7出口和換熱器6入口依次由泵吸入管路10、水泵8和泵壓出管路11連通；循環(huán)水由水泵8驅(qū)動(dòng)通過(guò)管路在換熱器6與水箱7之間循環(huán)流動(dòng)；循環(huán)水可采用自來(lái)水、去離子水或冷凍鹽水，但不局限于此。本實(shí)用新型所述的換熱器6為管束型盤管結(jié)構(gòu)，其中單管橫截面可采用單層或雙層管壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所述單層管壁結(jié)構(gòu)12使用耐強(qiáng)酸腐蝕、耐高低溫且耐高壓的非金屬材質(zhì)，包括但不限于PTFE、FEP和PVDF，其壁厚為0. Imm-Imm ；所述雙層管壁結(jié)構(gòu)13，其外層材質(zhì)和單層管壁結(jié)構(gòu)的可選材質(zhì)相同，內(nèi)層材質(zhì)使用傳熱性能較好、耐高低溫且耐高壓的金屬，包括但不限于銅、不銹鋼、鋁合金和鈦合金，其內(nèi)外層壁厚分別為0. 5mm-2mm和 0. Imm-Imm0本實(shí)用新型所述的制冷系統(tǒng)2包括蒸發(fā)器14、散熱器15、壓縮機(jī)16、制冷劑回流管路17、壓縮機(jī)吸入管路18和壓縮機(jī)壓出管路19，其中，所述蒸發(fā)器14出口和散熱器15入口由制冷劑回流管路17連通；所述散熱器15出口和蒸發(fā)器14入口依次由壓縮機(jī)吸入管路 18、壓縮機(jī)16和壓縮機(jī)壓出管路19連通；制冷劑由壓縮機(jī)16驅(qū)動(dòng)在制冷系統(tǒng)2中循環(huán)流動(dòng)；所述散熱器15采用風(fēng)冷或水冷方式進(jìn)行散熱。本實(shí)用新型所述循環(huán)水系統(tǒng)1的換熱器6直接放置在液流電池電解液儲(chǔ)液罐20 中；所述制冷系統(tǒng)2的蒸發(fā)器14和補(bǔ)熱裝置3安裝于循環(huán)水系統(tǒng)1的水箱7中；啟動(dòng)循環(huán)水系統(tǒng)1，同時(shí)啟動(dòng)制冷系統(tǒng)2或補(bǔ)熱裝置3，可實(shí)現(xiàn)對(duì)液流電池5進(jìn)行冷卻或加熱。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果表現(xiàn)為本實(shí)用新型將換熱器內(nèi)置于液流電池電解液儲(chǔ)液罐中，利用容積流的緩沖效應(yīng)和容積式換熱器的換熱原理，在不增加液流電池電解液流動(dòng)阻力損失的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)液流電池進(jìn)行冷卻或加熱。換熱器內(nèi)置于儲(chǔ)液罐中，與儲(chǔ)液罐形成一體，使設(shè)備布置簡(jiǎn)潔緊湊，降低設(shè)備成本，提高換熱效率，同時(shí)，因不直接接入電解液循環(huán)管路中，保證了液流電池管路系統(tǒng)的密封性和安全性。

圖1是液流電池用容積式換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)流程圖。圖2是換熱器的結(jié)構(gòu)示例。圖3是容積式換熱設(shè)備在液流電池中使用時(shí)的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)識(shí)1-循環(huán)水系統(tǒng)；2-制冷系統(tǒng)；3-補(bǔ)熱裝置；4-補(bǔ)水裝置；5-液流電池； 6-換熱器；7-水箱；8-水泵；9-循環(huán)水回流管路；10-泵吸入管路；11-泵壓出管路；12-單層管壁結(jié)構(gòu)；13-雙層管壁結(jié)構(gòu)；14-蒸發(fā)器；15-散熱器；16-壓縮機(jī)；17-制冷劑回流管路；18-壓縮機(jī)吸入管路；19-壓縮機(jī)壓出管路；20-液流電池電解液儲(chǔ)液罐；21-電解液輸送管路；22-換熱器管束；23-液流電池電堆；24-換熱裝置主機(jī)。圖3中，所述容積式換熱裝置，除換熱器及相關(guān)管路外，其余裝置均安裝在換熱裝置主機(jī)中。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一[0018]按照?qǐng)D3所示容積式換熱設(shè)備在液流電池中使用時(shí)的安裝結(jié)構(gòu)示意圖，完成換熱設(shè)備在液流電池中的安裝，本實(shí)施例測(cè)試了換熱設(shè)備對(duì)液流電池的換熱效果。換熱設(shè)備及液流電池各要素及換熱結(jié)果如下?lián)Q熱管結(jié)構(gòu)單層管壁結(jié)構(gòu)；換熱管材質(zhì)FEP ；換熱器結(jié)構(gòu)管束繞圓盤旋；換熱管壁厚0. 45 mm ；換熱總面積2. 4 m2 ；散熱器散熱方式風(fēng)冷散熱；制冷系統(tǒng)制冷量5. 5 kW ；電解液濃度3mol/L硫酸，1. 5mol/L釩離子；電解液體積1. Om3;釩電池功率IOkW;循環(huán)泵總功率0. 7 kff ；釩電池總效率擬％;環(huán)境溫度25 °C。在液流電池運(yùn)轉(zhuǎn)期間，電解液溫度會(huì)隨著時(shí)間的推移不斷上升，每上升1°C需時(shí)至少2 h，當(dāng)電解液溫度上升至一定溫度后，啟動(dòng)換熱設(shè)備，電解液溫度隨時(shí)間推移會(huì)不斷下降，且25 min內(nèi)就可降低1°C。實(shí)施例二按照?qǐng)D3所示容積式換熱設(shè)備在液流電池中使用時(shí)的安裝結(jié)構(gòu)示意圖，完成換熱設(shè)備在液流電池中的安裝，本實(shí)施例測(cè)試了換熱設(shè)備對(duì)液流電池的換熱效果。換熱設(shè)備及液流電池各要素及換熱結(jié)果如下?lián)Q熱管結(jié)構(gòu)雙層管壁結(jié)構(gòu)；換熱管材質(zhì)銅管外噴FEP ；換熱器結(jié)構(gòu)單管繞圓盤旋；換熱管壁厚銅管層1. 2 mm厚，F(xiàn)EP層0. 3 mm厚；換熱總面積2. 2 m2 ；散熱器散熱方式風(fēng)冷散熱；制冷系統(tǒng)制冷量8. 5 kW ；電解液濃度3mol/L硫酸，1. 5mol/L釩離子；電解液體積1. Om3;釩電池功率IOkW;循環(huán)泵總功率0. 7 kff ；釩電池總效率83%;環(huán)境溫度30 °C。在液流電池運(yùn)轉(zhuǎn)期間，電解液溫度會(huì)隨著時(shí)間的推移不斷上升，每上升1°C需時(shí)至少2 h，當(dāng)電解液溫度上升至一定溫度后，啟動(dòng)換熱設(shè)備，電解液溫度隨時(shí)間推移會(huì)不斷下降，且15 min內(nèi)就可降低1°C。
權(quán)利要求1.一種液流電池用容積式換熱設(shè)備，其特征在于所述的容積式換熱設(shè)備主要包括循環(huán)水系統(tǒng)(1)、制冷系統(tǒng)(2)、補(bǔ)熱裝置(3)和補(bǔ)水裝置(4)，其中，循環(huán)水系統(tǒng)(1)用于對(duì)液流電池進(jìn)行冷卻或加熱；制冷系統(tǒng)(2)用于對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行冷卻；補(bǔ)熱裝置(3)采用電加熱方式，用于對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行加熱；補(bǔ)水裝置(4)采用閥門控制，用于對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)(1) 進(jìn)行補(bǔ)水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液流電池用容積式換熱設(shè)備，其特征在于所述的循環(huán)水系統(tǒng)(1)包括換熱器(6)、水箱(7)、水泵(8)、循環(huán)水回流管路(9)、泵吸入管路(10)和泵壓出管路(11)，其中，所述換熱器(6)出口和水箱(7)入口由循環(huán)水回流管路(9)連通；所述水箱 (7)出口和換熱器(6)入口依次由泵吸入管路(10)、水泵(8)和泵壓出管路(11)連通；循環(huán)水由水泵(8)驅(qū)動(dòng)通過(guò)管路在換熱器(6)與水箱(7)之間循環(huán)流動(dòng)；循環(huán)水可采用自來(lái)水、 去離子水或冷凍鹽水。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液流電池用容積式換熱設(shè)備，其特征在于所述的換熱器 (6)為管束型盤管結(jié)構(gòu)，其中單管橫截面可采用單層或雙層管壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所述單層管壁結(jié)構(gòu)(12)使用耐強(qiáng)酸腐蝕、耐高低溫且耐高壓的非金屬材質(zhì)，其壁厚為0. Imm-Imm ；所述雙層管壁結(jié)構(gòu)(13)，其外層材質(zhì)和單層管壁結(jié)構(gòu)的可選材質(zhì)相同，內(nèi)層材質(zhì)使用傳熱性能較好、 耐高低溫且耐高壓的金屬材質(zhì)，其內(nèi)外層壁厚分別為0. 5mm-2mm和0. lmm-lmm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液流電池用容積式換熱設(shè)備，其特征在于所述的制冷系統(tǒng)(2)包括蒸發(fā)器(14)、散熱器(15)、壓縮機(jī)(16)、制冷劑回流管路(17)、壓縮機(jī)吸入管路 (18)和壓縮機(jī)壓出管路(19)，其中，所述蒸發(fā)器(14)出口和散熱器(15)入口由制冷劑回流管路(17)連通；所述散熱器(15)出口和蒸發(fā)器(14)入口依次由壓縮機(jī)吸入管路(18)、壓縮機(jī)(16)和壓縮機(jī)壓出管路(19)連通；制冷劑由壓縮機(jī)(16)驅(qū)動(dòng)在制冷系統(tǒng)(2)中循環(huán)流動(dòng)；所述散熱器(15)采用風(fēng)冷或水冷方式進(jìn)行散熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液流電池用容積式換熱設(shè)備，其特征在于所述的循環(huán)水系統(tǒng)(1)的換熱器(6)直接放置在液流電池電解液儲(chǔ)液罐(20)中；所述制冷系統(tǒng)(2)的蒸發(fā)器(14 )和補(bǔ)熱裝置(3 )安裝于循環(huán)水系統(tǒng)(1)的水箱(7 )中。
專利摘要本實(shí)用新型涉及化工換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，特別是一種容積式換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)及其在液流電池中的應(yīng)用。本實(shí)用新型提供的容積式換熱設(shè)備主要包括循環(huán)水系統(tǒng)1、制冷系統(tǒng)2、補(bǔ)熱裝置3和補(bǔ)水裝置4。其中，循環(huán)水系統(tǒng)1用于對(duì)液流電池進(jìn)行冷卻或加熱；制冷系統(tǒng)2用于對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)1進(jìn)行冷卻；補(bǔ)熱裝置3采用電加熱方式，用于對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)1進(jìn)行加熱；補(bǔ)水裝置4采用閥門控制方式，用于對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)1進(jìn)行補(bǔ)水。本實(shí)用新型將換熱器內(nèi)置于液流電池電解液儲(chǔ)液罐中，在不增加液流電池電解液流動(dòng)阻力損失的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)液流電池進(jìn)行冷卻或加熱。具有設(shè)備布置簡(jiǎn)潔、緊湊，不影響液流電池管路密封性，且換熱效率高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M8/04GK201985206SQ20112002500
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者何清, 周漢濤, 李佳, 楊洋, 薛坤 申請(qǐng)人:上海林洋儲(chǔ)能科技有限公司