CN103633347A - 含有流动电解液的电化学设施的防漏电方法及防漏电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种含有流动电解液的电化学设施的防漏电方法及防漏电装置，它可以解决现有技术存在的电流会沿着电解液在电极之间传导，产生短路电流，形成电压降、造成漏电的问题。技术方案是，一种含有流动电解液的电化学设施的防漏电方法，在电化学设施流动电解液的流道中加装有绝缘材料制成的防漏电隔断装置，该隔断装置对流经其内部的电解液进行隔断，使电解液在流动时被绝缘材料隔断、形成断路。本发明加装绝缘材料的隔断装置，使电解液在流动时被绝缘材料隔断、形成断路，不能导通电流，从而杜绝了由电解液连续流动所造成的短路和漏电。

Description

含有流动电解液的电化学设施的防漏电方法及防漏电装置

技术领域

本发明涉及用于含有流动电解液的电化学设施的防漏电，主要包括电化学反应的电解槽以及氧化还原液流电池组。

具体是用于现代电化学反应的电解槽以及将化学能与电能直接互为转换的氧化还原液流电池组的电解液的进液和出液的断流防漏电装置及方法。

背景技术

含有流动电解液的电化学设施主要包括电化学反应的电解槽以及氧化还原液流电池组。现代电化学反应的电解槽组以及氧化还原液流电池组都是由以离子膜分隔开的阳极室和阴极室组成，在电池室空腔内分别流动着活性电解液，通过氧化、还原反应，实现化学能与电能直接互为转换。正、负极活性电解液分别外接阳极和阴极电解液储存罐，外接两台液泵，每种电解液各自形成连续的循环系统。现有电化学反应的电解槽与氧化还原液流电池的设施基本结构相同。

现有的氧化还原液流电池是把几十块电池板组合、压紧，形成电堆。储能时，在首尾之间的电极板输入几十伏的电压，相邻的电池板之间有1V至1.3V的电压，使正、负极的活性电解液在离子膜之间发生还原反应，电解液储存电能；用电时，两组储有能量的电解液流经电堆，在离子膜之间发生氧化反应，使相邻的电池板之间产生1V至1.3V的电压，串联叠加，于是，在首尾电极之间能输出几十伏电压。简而言之，不管是储能还是输出，电极之间总是存在几十伏电压。

例如，在图1的技术方案中，在电池储存电能或输出电能时，A、B两组氧化还原液流电池的导电液下进上出，液流分别贯穿、连通几十块串联起来的电池板，即：电堆同电极的首尾之间的电解液经支管连着总管、全是导通的。在正、负电极之间存在几十伏电压，于是在电压的作用下，电流会沿着导电性能良好的电解液在电极之间传导，产生很大的短路电流，该短路电流不可小觑。

电解液导电性能良好，现有的氧化还原液流电池的液流形式是正极、负极电解液分别流经几十块串联起来的电池板，下进上出，贯穿连续流动，这样的结构，导致如下弊病：

1、在电池储存电能或输出电能时，两组氧化还原液流电池的导电液流下进上出，电解液通过流入总管进入到每个电池板，液流分别贯穿几十块串联起来的电池板连续流动，即：电堆同电极的首尾之间的液流连接着总管全是导通的。电极之间总是存在几十伏电压，于是在电压的作用下，电流会沿着导电性能良好的电解液在电极之间传导，产生短路电流，形成电压降、这就是漏电。

2、为了克服漏电，现有的氧化还原液流电池把进液通道的管径制得较细，特意迂回得很长,参见图2，以加大电阻，减少漏电。这样会增大液流阻力，减少了整个电堆的效率，漏电还是难以避免。

3、电压越高，漏电越严重（漏电与电压的平方成正比）为了克服漏电，现有的氧化还原液流电池只能把电池板组合控制在50片、电压控制在50伏左右。这么低的电压，使输入、输出前后的变压工作量加大，低压会使线损增加。

4、低压和漏电，限制了电池总的能量密度和功率的提高。

5、现代电化学反应的电解槽组与氧化还原液流电池的设施结构相同，同样存在上述弊病。

发明内容

本发明提供了一种含有流动电解液的电化学设施的防漏电方法及防漏电装置，它可以解决现有技术存在的电流会沿着电解液在电极之间传导，产生短路电流，形成电压降、造成漏电的问题。

现有的液流电池的漏电弊端是由于在正、负电极间的电解液全面连通连续流动所造成的短路电流，为此，本发明的目的是：克服导电液流在全面连通、连续流动所带来的电流短路——加装绝缘的隔断装置，让电解液在流动的同时被隔断，不能形成电流通路，从而杜绝了由导电液流连续流动所造成的短路、漏电。

本发明的技术方案是一种含有流动电解液的电化学设施的防漏电方法。在电化学设施流动电解液的流道中加装有绝缘材料制成的防漏电隔断装置，所述防漏电隔断装置对流经其内部的电解液进行隔断，使电解液在流动时被绝缘材料隔断、形成断路。

在含有流动电解液的电化学设施内，或在电解液流入、流出所述含有流动电解液的电化学设施处、或在含有流动电解液的电化学设施的管道处或管道外中的至少一处设有绝缘材料制成的防漏电隔断装置。

所述防漏电装置可以是绝缘材料制成的阀门隔断装置、瓣膜隔断装置、齿轮液泵或者是柱塞液泵，自由落体断流方法以及绝缘材料制成的隔断叶轮。

在进液和/或出液的管体上分别加装由绝缘材料制成的隔断叶轮，所述隔断叶轮包括外壳、轮毂、多个隔断叶片、叶轮轴，所述多个隔断叶片间隔地设置在所述轮毂上。

所述隔断叶轮的外壳为转角式，或直通式,所述隔断叶轮叶片数量范围为3-20片，所述隔断叶轮的叶片是平面形、或是弯曲面、或是“勺”形曲面，所述隔断叶轮为两个，分别设置在电解液流道的进液和出液的流道中。

所述含有流动电解液的电化学设施主要包括氧化还原液流电池组或电解槽，在电解液的出液处配置直径较大的总管或体积较大的容器，流入总管或容器的管体为垂直的波纹管，并使得总管或容器上部腔体部分空出，从而形成电解液因自由落体呈现断续流动状态。

所述含有流动电解液的电化学设施包括氧化还原液流电池组或电解槽，在电解液流通的进液或出液支管管体上加装有绝缘材料制成的齿轮液泵或者是柱塞液泵。

所述含有流动电解液的电化学设施包括氧化还原液流电池组或电解槽，在电解液流通的进液或出液支管管体上上加装绝缘材料制成的阀门隔断装置，或是瓣膜隔断装置。

所述阀门隔断装置包括弹性壳体、上、下阀门、电解液流进、流出支管以及挤压装置，电解液流进、流出支管分别位于弹性壳体的进出端，所述上、下阀门分别位于所述弹性壳体内的上出口和下进口处。当外力挤压圈向内挤压弹性壳体，使下阀门关闭上阀门开启，外力撤销，弹性壳体依靠自身弹性恢复回位，使下阀门打开上阀门关闭。

本发明的具体技术方案是：对于小型液流电池板，在进液和出液的支流道中分别加装有由绝缘材料制成的隔断叶轮，使流入、流出的电解液在隔断叶轮两边的液流断开、电传导完全断开，从而彻底杜绝了由电解液连续贯通流动所造成的断路、漏电。

所述含有流动电解液的大、中型电化学设施包括氧化还原液流电池组或电解槽，在出液支管可采用自由落体断流方法，具体做法是在出液口使用直径较粗的流出总管，让流出液总量只占流出总管容量的一半，即流出总管的上部总是空出一半；并且把出液支管制作成波纹管，并且尽量垂直，使流出的电解液在波纹管中形成断流、然后自由落体跌落到总管液面，这样，流出的电解液的液流断开不连续，电传导完全断开，从而彻底杜绝了由电解液连续流动所造成的断路、漏电。

本发明液流电池组的电解液的防漏电的断流液流机构与现有的常规的液流管路相比具有以下优点：

1、在进液和出液的支道中分别加装绝缘材料制成的隔断叶轮，使流入、流出的电解液在隔断叶片的两边的液流隔断，电流的传导因此完全断开，从而彻底杜绝了由电解液全面连通所造成的短路、漏电，大量节约电能。

2、进液和出液的流道或管道可以制作得粗短，可减小液流阻力，也不必为防漏电加大电阻而刻意把流道加长做细，简化了电池板部件迂回流道的制造工艺。

3、因为不必顾忌漏电所带来的能量损失，本发明将生产高压液流电池组成为可能，可以制作100V、200V乃至电压更高的高压液流电池组，使电池组与外电路的匹配简单、高效。能减小线损，减小线径，节约铜材。

4、在设计、配制电解液时不必顾忌电导率，可采用高电导率的液体，拓宽了电解液的选择。

5、能有效提高电池总的能量密度和功率密度。

6、氯碱工业每年耗费全国3%的电力，因液流漏电又耗费了氯碱工业3%的电能，如果采用本发明的技术，可节约全国万分之9的电能，如，本发明的隔断叶轮装置若用于制碱的电解槽中，每年就能够节约近40亿度电，节能效果十分显著。

附图说明

图1是现有的氧化还原液流电池的液流形式结构示意图。

现有的氧化还原液流电池是正极、负极电解液分别流经几十块串联起来的电池板，下进上出，贯穿连续流动。

图1中，1、A电解液流入口，2、 B电解液流出口，3、单元电池板， 4、正电极，5、电堆，6、负电极，7、A电解液流出口，8、B电解液流入口。

图2主要表现现有的氧化还原液流电池的进液通道做得很细，特意迂回得很长的结构图。

图2中，1、B电解液流出口，2、单元电池板，3、离子膜，4、电解液流入管路，5、B电解液流入口。

图3A是本发明的隔断叶轮结构图；

图3A中，1、电解液流进口， 2、隔断叶轮外壳，3、隔断叶片，4、电解液流出口, 5、叶轮心轴，6、轮毂。 图中箭头表示电解液流动方向。

图3 B是隔断叶轮的立体图。

图3 C是叶轮的立体图。

图3 D是直通式隔断叶轮的结构形式。

图4A是本发明阀门隔断装置，

图4B是阀门隔断装置向内挤压弹性壳体示意图；

图4C是阀门隔断装置松开弹性壳体示意图；

图4A中，1、电解液流进支管， 2、下阀门， 3、弹性壳体，  4、上阀门，5、电解液流出支管。

图5是本发明小型液流电池的断流防漏电的液流系统示意图。

图5中，1、A电解液流入总管，2、入口隔断叶轮，3、B电解液流出总管，4、电池板框架，5、出口隔断叶轮，6、A电解液流出总管，7、B电解液流入总管。

图6A大、中型液流电池的断流防漏电的液流系统示意图。

在图6A中，1、阴极液流入总管，2、隔断叶轮及流入分管，3、阳极液流出总管，4、电堆总成，5、阳极液回流泵，6、阳极液回流管，7、阴极液储液罐，8、阳极液储液罐，9、阴极液回流管，10、阴极液回流泵， 11、正电极板，12、负电极板，13、阴极液流出总管，14、隔断叶轮及阳极流入分管，15、阳极液流入总管。

图6B是大、中型液流电池的断流防漏电机构的隔断叶轮放大图。

图6C是大、中型液流电池的断流防漏电机构的出液波纹管及总管截面放大图。

具体实施方式

 含有流动电解液的电化学设施主要包括氧化还原液流电池组或电解槽。

本发明应用于氧化还原液流电池组的防漏电方法，在电化学设施流动电解液的流道中加装有绝缘材料制成的防漏电隔断装置，所述防漏电隔断装置对流入其内部的电解液进行隔断，使电解液在流动时被绝缘材料隔断、形成断路。

在含有流动电解液的电化学设施内，或在所述电池的电解液流入处、流出处，或所述电池内的管道处，或所述电池之外的管道处中的至少一处采用使流动的电解液被绝缘材料隔断的方法。

实施本发明方法的具体方案如下：

实施例1

参见图3A、图3B、图3C，在进液和出液的流道中分别加装隔断叶轮G，所述隔断叶轮G包括外壳2、轮毂6、多个隔断叶片3、叶轮轴5，8个隔断叶片3间隔地设置在轮毂6上。流入隔断叶轮G的电解液冲击隔断叶片3旋转，电解液在叶轮的叶片3的两边被隔断开，隔断叶片3是用绝缘材料制成，绝缘材料采用尼龙，液流中的电流的连通、传导因此被断开，从而杜绝了由电解液连续流动所造成的短路、漏电。图3A、图3B、图3C是转角式隔断叶轮，图3D是直通式隔断叶轮。

参见图5，在电池板框架4的A电解液流入口1、A电解液流出口6处附近均设有的隔断叶轮2、5，经隔断叶轮2、5阻隔后，中部的导电液与总管完全绝缘，从而杜绝了由电解液连续流动所造成的断路、漏电。

实施例2

参见图4A、图4B和图4C，所述阀门隔断装置包括弹性壳体3、上、下阀门4、2、电解液流进、流出支管1、5以及挤压装置，图中未示出挤压装置，所述电解液流进、流出支管1、5分别位于弹性壳体的下端和上端，所述上、下阀门4、2分别位于所述弹性壳体3内的下进口和上出口处，上阀门4和下阀门2是弹性橡胶体，部分与弹性壳体3连接，部分可以开关。所述挤压装置具有挤压圈和控制器，挤压圈套装在弹性壳体外，所述控制器接收脉冲电压，当脉冲电压为高电平时，所述挤压圈向内挤压弹性壳体，使下阀门2关闭上阀门4开启，当脉冲电压为低电平时，挤压圈松开弹性壳体3，弹性壳体3依靠自身弹性恢复回位，使下阀门4打开上阀门2关闭。如此循环，电解液在上下阀门4、2两边被断开、液流中的电流的传导因此断开，从而杜绝了由电解液连续流动所造成的短路、漏电。

可见，本发明在进液的流道中加装阀门隔断装置，下进上出，流入的电解液充满弹性壳体3，图4B外力挤压装置体，弹性壳体3内压加大，向下压紧下阀门2、向上推开上阀门4，弹性壳体3中的液流从上阀门4流出。图4C为挤压装置撤离弹性壳体3，弹性壳体3向外回复、内压降低，收紧上阀门4，吸起下阀门2、电解液流从下阀门2流入弹性壳体3中。如此，电解液在上下阀门两边被断开，电解液流中的电流的传导因此断开，从而杜绝了由电解液连续流动所造成的短路、漏电。阀门隔断装置动作时需要控制挤压装置，通过控制器完成。

本实施例的弹性壳体3可以采用橡胶制成。

实施例3

参见图6A、图6B和图6C，对于大、中型液流电池板，也可以在进液和出液的流液管中分别加装隔断叶轮2、14，也可以在出液口使用直径较大的电解液流出总管3、13，并把上部的支管制作成波纹管，并垂直安装，使流出的电解液在自由下落到波纹处时断开；特意使用直径较大的电解液流出总管3、13，让流出总管3、13的上部腔体总是空出一半，这样出液支管中的电解液只能跌落到总管液面，使流出的电解液的液流断开、电传导完全断开，从而杜绝了由电解液连续流动所造成的断路、漏电。电解液流出总管3、13的直径大于支管直径30-60倍。电解液流出总管3、13也可以采用直径较大的容器，如桶状体容器。

含有流动电解液的电化学设施还包括电解槽，本发明的防漏电方法和上述实施例的防漏电装置同样可以适用于电解槽中。

Claims (9)

1.一种含有流动电解液的电化学设施的防漏电方法，其特征在于：在电化学设施流动电解液的流道中加装由绝缘材料制成的防漏电的隔断装置，使电解液在流动时被绝缘材料隔断，使液流电路断开、形成断路。

2.根据权利要求1所述的一种含有流动电解液的电化学设施的防漏电方法，其特征在于：在含有流动电解液的电化学设施内，或在电解液流入、流出所述含有流动电解液的电化学设施处、或在含有流动电解液的电化学设施的管道处或管道外中的至少一处设有绝缘材料制成的防漏电隔断装置。

3.一种使用权利要求1或2含有流动电解液的电化学设施的防漏电方法的防漏电隔断装置，其特征在于：在含有流动电解液的电化学设施内，或在电解液流进或流出电化学设施的管路中加装由绝缘材料制成的防漏电的隔断装置，所述防漏电隔断装置为绝缘材料制成的隔断叶轮，所述隔断叶轮包括外壳、轮毂、多个隔断叶片、叶轮轴，所述多个隔断叶片间隔地设置，隔断叶片被液流推动旋转，绝缘材料制成的隔断叶轮隔断了导电液流的电路。

4.根据权利要求3所述的防漏电隔断装置，其特征在于：所述隔断叶轮的外壳为转角式，或直通式,所述隔断叶轮叶片数量范围为3-20片，所述隔断叶轮的叶片是平面形、或是弯曲面、或是“勺”形曲面。

5.根据权利要求3所述的防漏电隔断装置，其特征在于：所述含有流动电解液的电化学设施主要包括氧化还原液流电解槽或氧化还原液流电池组。

6.一种使用权利要求1或2所述含有流动电解液的电化学设施的防漏电方法的防漏电隔断装置，其特征在于：所述含有流动电解液的电化学设施主要包括氧化还原液流电池组或电解槽，在电解液的出液处配置直径较大的总管或体积较大的容器，流入总管或容器的管体为垂直的波纹管，并使得总管或容器上部腔体部分空出，从而形成电解液因自由落体呈现断续流动状态。

7.根据权利要求6所述的防漏电隔断装置，其特征在于：还设有在进液和/或出液的管体上分别加装由绝缘材料制成的隔断叶轮，所述隔断叶轮包括外壳、轮毂、多个隔断叶片、叶轮轴，所述多个隔断叶片间隔地设置，隔断叶片被液流推动旋转，绝缘材料制成的隔断叶轮隔断了导电液流的电路。

8.一种使用权利要求1或2所述含有流动电解液的电化学设施的隔断防漏电方法，其特征在于：所述含有流动电解液的电化学设施主要包括氧化还原液流电池组或电解槽，所述氧化还原液流电池组包括电池板，在电解液流通的进液或出液管体上，或在电池板的支管上加装有绝缘材料制成的齿轮液泵或者是柱塞液泵，以达到隔断电路。

9.一种使用权利要求1或2所述含有流动电解液的电化学设施的隔断防漏电方法，其特征在于：所述含有流动电解液的电化学设施主要包括氧化还原液流电池组或电解槽，在电解液流通的进液或出液管体上加装绝缘材料制成的阀门隔断装置，或是瓣膜隔断装置，以达到隔断电路形成断路。

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