CN103326049B - 一种液流电池的氢气排出系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液流电池的氢气排出系统，属于液流电池领域。本发明所述系统通过在电解液存储容器中通入置换气体，并通过压力传感装置和控制阀将容器内过多的氢气自动或强制排出，使系统内空间中的氢气始终控制在较小的水平内，并在系统内保持一定的正压强，防止外部空气进入系统氧化电解液。

Description

一种液流电池的氢气排出系统
技术领域
本发明涉及一种液流电池的氢气排出系统，属于液流电池领域。
背景技术
目前，液流电池作为一种新的储能方式，备受人们的关注和重视。在液流电池运转期间，会有微量的氢气析出，根据液流电池特点，电解液容易被空气中的氧气氧化，导致电解液容量降低，因此液流电池电解液容器要保证良好密封，但是采用此种办法，电池经历长时间运转后容器中的氢气浓度会逐渐累计升高，现有的做法是在容器上设置气体的单向流动渠道，将气体直接排放，这样做只能控制容器内气体的压力在安全范围内，但氢气的浓度依然会不断升高，存在很大的安全隐患。而且在液流电池操作期间电解液的温度变化有可能导致容器中存在负压，这使得对容器的加工要求增高，综上，有必要采取一种氢气排放方法，将容器中的氢气更加彻底地排出系统，且使用一种置换气体（不与电解液发生反应的气体）填充容器内的空间，防止空气的进入，保护电解液不被氧化。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于液流电池的氢气排出系统。
一种液流电池的氢气排出系统，所述系统包括下述系统单元：
至少一个用于提供置换气体的置换气体源；
至少一个用于存储电解液的容器，所述用于存储电解液的容器通过管道连接置换气体源，所述管道设有控制阀；
所述用于存储电解液的容器上设有至少一个将用于存储电解液的容器中的气体排出的气体排出管道，所述气体排出管道上设有至少一个控制阀和至少一个泄压装置；
至少一个用于测量用于存储电解液的容器内压力的压力传感装置，所述压力传感装置与气体排出管道上的控制阀相连；
用于连接各个系统单元的管道及管道连接件。
本发明所述用于提供置换气体的置换气体源为本领域熟练技术人员所熟知的用于提供气体的置换气体源，主要包括用于储存置换气体的容器或置换气体发生装置，优选为带气体缓冲储罐的中小型制氮机。
本发明所述用于存储电解液的容器为本领域熟练技术人员所熟知的用于存储电解液的容器，如电解液储罐等。
本发明所述压力传感装置为本领域熟练技术人员所熟知的压力传感装置，如压力传感器等。所述压力传感装置用于测量用于存储电解液的容器内的压力，并将测定的压力值反馈到液流电池系统的控制器中，控制器控制气体排出管道开启/关闭。
本发明所述管道及管道连接件的选择为本领域的公知常识，本发明中优选为工程塑料管道，进一步优选为具有防腐功能的管道，如PVC管、PP管等。
本发明所述控制阀为本领域熟练技术人员所熟知的控制阀门，如磁控阀、手动阀、电动阀、气动阀等，优选可进行远程控制的磁控阀。
本发明所述泄压装置，其目的为防止电解液储罐的压力过高而造成的安全问题，可为安全阀、呼吸阀、放散阀、或压力传感装置与控制阀门的组合，他们中的一种或几种的组合。
本发明所述系统还包括用于控制管道内气体流量的阀门，所述阀门的选择和设置为本领域的公知常识，本领域熟练的技术人员可以通过现有技术对其进行合理的选择。
本发明所述系统中用于提供置换气体的置换气体源与用于存储电解液的容器间可以采用一对一的连接方式；也可使用一个置换气体源为多个用于存储电解液的容器提供置换气体；还可采用冗余设计，即多个置换气体源为多个用于存储电解液的容器提供气体。
本发明所述系统中置换气体源通过管道连接用于存储电解液的容器，所述管道上设置控制阀；且优选进入用于存储电解液的容器的管道末端浸入电解液液面以下，进一步优选其浸入深度为低于容器内液面0.2m～1.5m。
在本发明所述系统可包括至少两个用于存储电解液的容器，用于存储电解液的容器间并联或串联，且优选为串联。
在上述包括至少两个用于存储电解液的容器的系统中，本发明所述系统优选包括进气支管道和进气母管道，所述进气支管道进入用于存储电解液的容器，各个进气支管道连接进气母管道，所述进气母管道连接置换气体源，且在进气母管道上设有控制阀。
本发明所述系统优选包括气体排出支管道和气体排出母管道，所述各个用于存储电解液的容器设置气体排出支管道，所述气体排出支管分别连接气体排出母管道，所述气体排出母管道上设置控制阀、压力传感装置和泄压装置。
本发明所述系统优选进一步包括设于用于存储电解液的容器上的氢气浓度分析仪。该氢气浓度分析仪可以安装在容器顶部，也可以安装在与容器相连的管路上，为便于安装固定，优先考虑安装于容器顶部。
本发明所述系统优选所述置换气体为氮气或惰性气体，其压力为5kPa～5bar。
本发明所述系统优选所述气体排出管道连接外空间或气体收集装置。
本发明所述氢气排出系统的原理为：液流电池系统在运行时产生的氢气会使电解液容器压力升高，压力传感装置将电解液容器压力值传输到电池系统的控制器中，压力升高到设定值时，控制器控制开启设于电解液容器上的气体排出管道上的阀门，将部分混有氢气的气体排到外部空间，压力值回落到设定安全值后，控制器关闭阀门，并在电解液容器中保持一定的正压，防止外部的空气进入系统，使电解液发生氧化。
当需要进行置换气体强制排氢处理时，使压力较高的置换气体置换出电解液容器中富含氢气的混合气体并排放至外部空间。此时需在电解液容器中保持一定的正压强，防止外部的空气进入系统，使电解液发生氧化。是否需要排氢处理的判据，可以在液流电池系统上安装氢气浓度分析仪，根据氢气的浓度判断是否需要置换排氢，或可以根据实验数据推算出到达该浓度对应的系统累计运行时间，设定间隔时间进行置换排氢操作。
本发明的有益效果为：在采用本发明所述系统，可将电池系统运行过程中产生的氢气可以部分自动的排出系统；氢气浓度累计到达设定值后使用置换气体，将富集了氢气的混合气体强制排除到外部空间，使系统内空间中的氢气始终控制在较小的水平内，并在系统内保持一定的正压强，防止外部空气进入系统氧化电解液。
附图说明
图1为一种液流电池的氢气排出系统的示意图，该系统包含一个置换气体源，置换气源与用于存储电解液的容器间一对一配置；
图2为一种液流电池的氢气排出系统的示意图，该系统包含一个置换气体源，包含至少两个用于存储电解液的容器，用于存储电解液的容器间为并联连接方式。
图3为一种液流电池的氢气排出系统的示意图，该系统包含一个置换气体源，包含至少两个用于存储电解液的容器，用于存储电解液的容器间为串联联连接方式。
图4为实施例1所述系统示意图
附图标记为：1、制氮机，2、电解液储罐，3、进气母管道，4、外空间，5、气体排出母管道，6、进气母管道控制阀，7、气体排出母管道控制阀，8、安全泄放阀门，9、压力传感器，10、氢气浓度分析仪。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
图1为一种液流电池的氢气排出系统的示意图，该系统包括一个置换气体源，置换气源与用于存储电解液的容器间一对一配置。如图所示，制氮机1通过进气母管道3与液流电池系统中的电解液储罐2相连，进气母管道3上设置进气母管道控制阀6，电解液储罐2上设置将气体排放至外空间4的气体排出母管道5，并在气体排出母管道5上设置气体排出母管道控制阀7、压力传感器9和安全泄放阀门8，所述电解液储罐2上设有氢气浓度分析仪10。
图2为一种液流电池的氢气排出系统的示意图，该系统包含一个置换气体源，包括至少两个用于存储电解液的容器，用于存储两个电解液的容器间为并联连接方式。如图所示，制氮机1通过进气母管道3与液流电池系统中的电解液储罐2相连，进气母管道上设置进气母管道控制阀6，进气母管道3连接各个进气支管道，进气支管道分别连接各个电解液储罐2；各个电解液储罐2设有气体排出支管道，各个气体排出支管道与气体排出母管道5相通，气体排出母管道5上设置气体排出母管道控制阀7、压力传感器9和安全泄放阀门8，所述电解液储罐2上设有氢气浓度分析仪10。
图3为一种液流电池的氢气排出系统的示意图，该系统包含一个置换气体源，包括至少两个用于存储电解液的容器，用于存储电解液的容器间为串联连接方式。如图所示，制氮机1通过进气母管道3与液流电池系统中的一个电解液储罐2相连，该电解液储罐2的气体排出管道连接至下一电解液储罐2中，依次连接若干电解液储罐后，在最后一个电解液储罐上设置气体排出母管道5，气体排出母管道5上设置气体排出母管道控制阀7、压力传感器9和安全泄放阀门8，所述电解液储罐2上设有氢气浓度分析仪10。
实施例1
一种液流电池的氢气排出系统，所述系统包括下述系统单元：
如图4所示，制氮机1通过进气母管道3与液流电池系统中的电解液储罐2相连，进气母管道上设置进气母管道控制阀6，进气母管道3连接各个进气支管道，进气支管道分别连接各个电解液储罐2；各个电解液储罐2设有气体排出支管道，各个气体排出支管道与气体排出母管道5相通，气体排出母管道5上设置气体排出母管道控制阀7、压力传感器9和安全泄放阀门8，所述电解液储罐2上设有氢气浓度分析仪10。
操作参数如下：
置换气体：氮气，浓度为99.99%，压力为0.03MPa。
液流电池系统：包含3套176kW子系统的钒液流电池储能装置，其中包含6个容积为15立方米的电解液储罐2；
管道3和5：DN25PVC管路
隔断阀门6：DN25PVC电磁阀
控制阀7：DN25PVC电磁阀，开启压力2.8kPa，关闭压力1kPa
安全排放阀门8：PVC单呼阀，开启压力3kPa，关闭压力1kPa
压力传感器9：量程为0～10kPa；
充氮操作条件：电解液容器2中的氢气浓度达到20%开始充氮，浓度降低到5%停止充氮。
操作温度：5～35℃。

Claims (8)

1.一种液流电池的氢气排出系统，所述系统包括下述系统单元：
至少一个用于提供置换气体的置换气体源；
至少一个用于存储电解液的容器，所述用于存储电解液的容器通过管道连接置换气体源，所述管道设有控制阀；
所述用于存储电解液的容器上设有至少一个将用于存储电解液的容器中的气体排出的气体排出管道，所述气体排出管道上设有至少一个控制阀和至少一个泄压装置；
至少一个用于测量用于存储电解液的容器内压力的压力传感装置，所述压力传感装置与气体排出管道上的控制阀相连；
用于连接各个系统单元的管道及管道连接件；
用于存储电解液的容器上的氢气浓度分析仪。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：置换气体源通过管道连接用于存储电解液的容器，所述管道上设置控制阀；且进入用于存储电解液的容器的管道末端浸入电解液液面以下，浸入深度为低于容器内液面0.2m～1.5m。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述系统包括至少两个用于存储电解液的容器，用于存储电解液的容器间并联或串联。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述系统包括进气支管道和进气母管道，
所述进气支管道进入用于存储电解液的容器，各个进气支管道连接进气母管道，所述进气母管道连接置换气体源，且在进气母管道上设有控制阀。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述包括气体排出支管道和气体排出母管道，
所述各个用于存储电解液的容器设置气体排出支管道，所述气体排出支管分别连接气体排出母管道，所述气体排出母管道上设置控制阀、压力传感装置和泄压装置。
6.根据权利要求1～5任一项所述的系统，其特征在于：所述用于提供置换气体的置换气体源为用于储存置换气体的容器或置换气体发生装置。
7.根据权利要求1～5任一项所述的系统，其特征在于：所述置换气体为氮气或惰性气体，其压力为5kPa～5bar。
8.根据权利要求1～5任一项所述的系统，其特征在于：所述气体排出管道连接外空间或气体收集装置。
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