CN106129435A - 一种液流电池换热装置 - Google Patents

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张华民
马相坤
叱干婷
吕善强
霍洋
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
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Abstract

本发明公开了一种液流电池换热装置，所述换热装置包括：风冷换热器；所述液流电池的电解液由换热介质入口流入，经过风冷换热后由换热介质出口流出；制冷机组；所述制冷机组制冷后产生低温冷媒流入至蒸发器；蒸发器；由制冷机组流出的低温冷媒经由冷媒入口进入蒸发器，并由冷媒出口回流至所述制冷机组；环境空气由空气入口进入蒸发器，经过所述蒸发器制冷后产生冷空气由空气出口流出至所述风冷换热器；由进风口流入的冷空气或者环境空气经过风冷换热后带走热量由出风口流出；第一温度监测模块；第二温度监测模块；控制模块；本发明能够大幅度的提高液流电池系统整体运行效率，降低运行成本和液流电池系统的自耗。

Description

一种液流电池换热装置
技术领域
本发明涉及液流电池技术领域，具体为一种液流电池换热装置。
背景技术
液流电池系统本身在运行时散发出一定的热量，这些热量会导致液流电池系统的整体温度升高，降低储能介质的活性，导致整体运行效率大幅度降低。为了保证液流电池系统的正常运行，现有技术中通过给液流电池系统配置制冷机组和蒸发器，冷媒从制冷机组流到蒸发器，在蒸发器中吸收电解液的热量蒸发，从而实现为电解液降温的目的，其中，蒸发器与电解液之间的换热方式为直冷式，这种降温方式完全是利用电能直接来实现降温，加大了液流电池系统自身的能耗，相对而言进一步降低了液流电池系统的效率，例如效率为60kW的液流电池系统，其中，制冷机组消耗的功率约为6.5kW/h，大约占液流电池系统效率的10％，消耗很大，为了降低液流电池系统的自耗，需要研制一种新型的冷却方式。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种液流电池换热装置。
本发明的技术手段如下：
一种液流电池换热装置，包括：
风冷换热器；所述风冷换热器具有进风口、出风口、换热介质入口和换热介质出口；所述液流电池的电解液由所述换热介质入口流入，经过风冷换热后由所述换热介质出口流出；
制冷机组；所述制冷机组制冷后产生低温冷媒流入至蒸发器；
蒸发器；所述蒸发器具有空气入口、空气出口、冷媒入口和冷媒出口；由制冷机组流出的低温冷媒经由所述冷媒入口进入蒸发器，并由冷媒出口回流至所述制冷机组；环境空气由所述空气入口进入蒸发器，经过所述蒸发器制冷后产生冷空气由所述空气出口流出至所述风冷换热器；由所述进风口流入的冷空气或者环境空气经过风冷换热后带走热量由所述出风口流出；
用于监测所述液流电池的电解液温度的第一温度监测模块；
用于监测环境温度的第二温度监测模块；
与第一温度监测模块、第二温度监测模块、制冷机组和风冷换热器的控制模块；所述控制模块根据液流电池的电解液温度值和环境温度值，来控制所述制冷机组、所述蒸发器和所述风冷换热器的工作状态；
进一步地，在液流电池的电解液温度高于等于第一预设温度，且环境温度低于第二预设温度时，所述控制模块控制所述风冷换热器进行风冷操作；环境空气由所述进风口进入，经过风冷换热后带走热量由所述出风口流出；
进一步地，在液流电池的电解液温度高于等于第一预设温度，且环境温度高于等于第二预设温度时，所述控制模块控制所述制冷机组和所述蒸发器进行制冷操作；蒸发器流出的冷空气由所述进风口进入，经过风冷换热后带走热量由所述出风口流出；
进一步地，当所述风冷换热器工作一定时间后，若液流电池的电解液温度高于第三预设温度，则所述控制模块控制所述制冷机组和所述蒸发器进行制冷操作；蒸发器流出的冷空气由所述进风口进入，经过风冷换热后带走热量由所述出风口流出；
进一步地，所述风冷换热器采用串片式换热器、平直翅片式换热器、百叶窗翅片式换热器或多孔翅片式换热器；
进一步地，所述控制模块采用液流电池所连接的电池管理系统；
进一步地，所述风冷换热器具有的流经换热介质的管道采用钛金属或超级奥氏体不锈钢制成；
进一步地，所述风冷换热器具有的外壳采用聚丙烯、聚乙烯或聚四氟乙烯材质制成；
进一步地，当所述风冷换热器采用串片式换热器时，在所述管道外壁上依次套设有多个串片；所述串片具有波纹型结构，且两侧设置有锯齿边缘。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种液流电池换热装置，能够大幅度的提高液流电池系统整体运行效率，降低运行成本和液流电池系统的自耗；本发明换热装置更适用液流电池。
附图说明
图1是本发明所述换热装置的结构示意图；
图2是本发明所述风冷换热器的管道示意图。
图中：1、风冷换热器，2、制冷机组，3、蒸发器，4、环境空气，5、冷空气，11、进风口，12、出风口，13、换热介质入口，14、换热介质出口，15、管道，16、串片，31、空气入口，32、空气出口，33、冷媒入口，34、冷媒出口。
具体实施方式
如图1和图2所示的一种液流电池换热装置，包括：风冷换热器1；所述风冷换热器1具有进风口11、出风口12、换热介质入口13和换热介质出口14；所述液流电池的电解液由所述换热介质入口13流入，经过风冷换热后由所述换热介质出口14流出；制冷机组2；所述制冷机组2制冷后产生低温冷媒流入至蒸发器3；蒸发器3；所述蒸发器3具有空气入口31、空气出口32、冷媒入口33和冷媒出口34；由制冷机组2流出的低温冷媒经由所述冷媒入口33进入蒸发器3，并由冷媒出口34回流至所述制冷机组2；环境空气4由所述空气入口31进入蒸发器3，经过所述蒸发器3制冷后产生冷空气5由所述空气出口32流出至所述风冷换热器1；由所述进风口11流入的冷空气5或者环境空气4经过风冷换热后带走热量由所述出风口12流出；用于监测所述液流电池的电解液温度的第一温度监测模块；用于监测环境温度的第二温度监测模块；与第一温度监测模块、第二温度监测模块、制冷机组2和风冷换热器1的控制模块；所述控制模块根据液流电池的电解液温度值和环境温度值，来控制所述制冷机组2、所述蒸发器3和所述风冷换热器1的工作状态；进一步地，在液流电池的电解液温度高于等于第一预设温度，且环境温度低于第二预设温度时，所述控制模块控制所述风冷换热器1进行风冷操作；环境空气4由所述进风口11进入，经过风冷换热后带走热量由所述出风口12流出；进一步地，在液流电池的电解液温度高于等于第一预设温度，且环境温度高于等于第二预设温度时，所述控制模块控制所述制冷机组2和所述蒸发器3进行制冷操作；蒸发器3流出的冷空气5由所述进风口11进入，经过风冷换热后带走热量由所述出风口12流出；进一步地，当所述风冷换热器1工作一定时间后，若液流电池的电解液温度高于第三预设温度，则所述控制模块控制所述制冷机组2和所述蒸发器3进行制冷操作；蒸发器3流出的冷空气5由所述进风口11进入，经过风冷换热后带走热量由所述出风口12流出；进一步地，所述风冷换热器1采用串片式换热器、平直翅片式换热器、百叶窗翅片式换热器或多孔翅片式换热器；进一步地，所述控制模块采用液流电池所连接的电池管理系统；进一步地，所述风冷换热器1具有的流经换热介质的管道15采用钛金属或超级奥氏体不锈钢制成；进一步地，所述风冷换热器1具有的外壳采用聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE、HDPE)或聚四氟乙烯(PTFE)材质制成；进一步地，当所述风冷换热器1采用串片式换热器时，在所述管道15外壁上依次套设有多个串片16；所述串片16具有波纹型结构，且两侧设置有锯齿边缘；所述超级奥氏体不锈钢具体可以选用904L、2205和AL-6XN等，所述风冷换热器1具有的流经换热介质的管道15还可以采用其它具有高强度、优秀耐腐蚀性能、优秀抗氧化性和传热系数高的材质；所述风冷换热器1具有的外壳还可以采用其它具有良好耐腐蚀性能、良好绝缘性、和优秀耐电击穿性能的塑料材质；当所述风冷换热器1采用串片式换热器时，与翅片式换热器相比，串片式换热器采用波纹型结构，可以破坏空气边界层，提高空气侧的换热系数，更有利于换热，例如当换热介质为水时，翅片式换热器的翅片传热系数是25w/m2·℃，而串片式换热器的传热系数是40w/m2·℃，提高了60％，换热效果非常明显；另外，当所述风冷换热器1具有的流经换热介质的管道15采用钛金属时，具体地，流经换热介质的管道15可以采用钛管，两个端板之内的钛管可以全部用来摆放串片16，这样能够最大化的增加换热面积，液流电池的储能介质即电解液本身具有强氧化性和腐蚀性的特点，现有的风冷换热器通常是采用普通不锈钢或者铜管作为换热管来散热，但是这些金属不能满足抗腐蚀以及绝缘的要求，采用钛金属能够耐住电解液的氧化作用和腐蚀作用；另外，液流电池的储能介质在工作时是带电的，为了防止漏电发生意外，本发明所述风冷换热器1的外壳采用聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE、HDPE)或聚四氟乙烯(PTFE)材质制成，使其能够绝缘，具有良好的耐热性能和绝缘性能，能够满足风冷换热器工作时的耐高温和绝缘要求。
本发明所述控制模块可以直接采用液流电池所连接的电池管理系统；本发明在液流电池的电解液温度高于等于第一预设温度，且环境温度低于第二预设温度时，不采用制冷机组2和所述蒸发器3进行制冷操作，控制所述风冷换热器1直接从外界抽取环境空气4来实现电解液降温，制冷方式相对节能，该种工况通常会出现在春季、秋季或冬季等外界环境温度比较低的季节，进一步地，在只采用风冷换热器1直接从外界抽取环境空气4来实现电解液降温的情况下，当所述风冷换热器1工作一定时间后，若液流电池的电解液温度高于第三预设温度，则所述控制模块控制所述制冷机组2和所述蒸发器3进行制冷操作，蒸发器3流出的冷空气5由所述进风口11进入，经过风冷换热后带走热量由所述出风口12流出，这种工况一般在液流电池超负荷运行时出现；本发明在液流电池的电解液温度高于等于第一预设温度，且环境温度高于等于第二预设温度时，开启制冷机组2和蒸发器3，通过制冷机组2和蒸发器3为风冷换热器1提供冷空气5，以便保证换热效果，该种工况通常在夏季外界空气温度较高时会出现；所述第一预设温度可以取值为35℃；所述第二预设温度可以取值为25℃；所述第三预设温度可以取值为33℃；所述工作一定时间可以取值为工作2小时；所述环境温度可以指液流电池所在空间的室外环境温度；本发明提供的一种液流电池换热装置，能够大幅度的提高液流电池系统整体运行效率，降低运行成本和液流电池系统的自耗；本发明换热装置更适用液流电池。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种液流电池换热装置，其特征在于所述换热装置包括：
风冷换热器；所述风冷换热器具有进风口、出风口、换热介质入口和换热介质出口；所述液流电池的电解液由所述换热介质入口流入，经过风冷换热后由所述换热介质出口流出；
制冷机组；所述制冷机组制冷后产生低温冷媒流入至蒸发器；
蒸发器；所述蒸发器具有空气入口、空气出口、冷媒入口和冷媒出口；由制冷机组流出的低温冷媒经由所述冷媒入口进入蒸发器，并由冷媒出口回流至所述制冷机组；环境空气由所述空气入口进入蒸发器，经过所述蒸发器制冷后产生冷空气由所述空气出口流出至所述风冷换热器；由所述进风口流入的冷空气或者环境空气经过风冷换热后带走热量由所述出风口流出；
用于监测所述液流电池的电解液温度的第一温度监测模块；
用于监测环境温度的第二温度监测模块；
与第一温度监测模块、第二温度监测模块、制冷机组和风冷换热器的控制模块；所述控制模块根据液流电池的电解液温度值和环境温度值，来控制所述制冷机组、所述蒸发器和所述风冷换热器的工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种液流电池换热装置，其特征在于在液流电池的电解液温度高于等于第一预设温度，且环境温度低于第二预设温度时，所述控制模块控制所述风冷换热器进行风冷操作；环境空气由所述进风口进入，经过风冷换热后带走热量由所述出风口流出。
3.根据权利要求1所述的一种液流电池换热装置，其特征在于在液流电池的电解液温度高于等于第一预设温度，且环境温度高于等于第二预设温度时，所述控制模块控制所述制冷机组和所述蒸发器进行制冷操作；蒸发器流出的冷空气由所述进风口进入，经过风冷换热后带走热量由所述出风口流出。
4.根据权利要求2所述的一种液流电池换热装置，其特征在于当所述风冷换热器工作一定时间后，若液流电池的电解液温度高于第三预设温度，则所述控制模块控制所述制冷机组和所述蒸发器进行制冷操作；蒸发器流出的冷空气由所述进风口进入，经过风冷换热后带走热量由所述出风口流出。
5.根据权利要求1所述的一种液流电池换热装置，其特征在于所述风冷换热器采用串片式换热器、平直翅片式换热器、百叶窗翅片式换热器或多孔翅片式换热器。
6.根据权利要求1所述的一种液流电池换热装置，其特征在于所述控制模块采用液流电池所连接的电池管理系统。
7.根据权利要求1所述的一种液流电池换热装置，其特征在于所述风冷换热器具有的流经换热介质的管道采用钛金属或超级奥氏体不锈钢制成。
8.根据权利要求1所述的一种液流电池换热装置，其特征在于所述风冷换热器具有的外壳采用聚丙烯、聚乙烯或聚四氟乙烯材质制成。
9.根据权利要求5所述的一种液流电池换热装置，其特征在于当所述风冷换热器采用串片式换热器时，在所述管道外壁上依次套设有多个串片；所述串片具有波纹型结构，且两侧设置有锯齿边缘。
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