CN112591853A - 一种海水淡化和电池冷却一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于电池热管理和海水淡化相关技术领域，其公开了一种海水淡化和电池冷却一体化装置，装置包括了锂电池组及膜蒸馏机构，锂电池组设置在膜蒸馏机构上方，且两者贴合在一起；膜蒸馏机构包括导热硅胶、两个铝板及蒸馏膜，导热硅胶贴合在锂电池组上，两个铝板间隔设置且两者之间形成有流道；蒸馏膜设置在流道中，并将流道分为给水流道及渗透流道，给水流道用于收容海水，渗透流道用于收容海水淡化后所形成的淡水；其中，锂电池组产生的热量加热海水，并使得海水蒸发，所形成的水蒸气在蒸馏膜两侧蒸汽分压差的作用下穿过蒸馏膜而进入渗透流道内，并不断受冷液化而冷凝成液态淡水。本发明结构简单，能耗消耗小，成本较低。

Description

一种海水淡化和电池冷却一体化装置

技术领域

本发明属于电池管理和海水淡化相关技术领域，更具体地，涉及一种海水淡化和电池冷却一体化装置。

背景技术

随着对新能源产业的大力扶持，汽车电动化是今后汽车行业的一个发展趋势，锂电池作为电动汽车的关键核心部件，其性能的好坏直接影响到整车的安全与使用寿命，而锂电池组在放电过程中会产生大量的热导致温度急剧升高，对于大型锂电池组，其温度甚至高达100℃以上，不仅严重影响电池组的性能，而且对电池组的寿命及安全也会产生潜在的威胁。因此，需要热管理系统对电池组进行调节，从而使其温度、温差处于合适的区间，保证电池组的安全性。在众多的热管理方式中，液冷以其较高的冷却效率受到广泛应用。然而，在当前的液冷方式中，冷却电池组后的液体都需要配合过冷凝器或者风扇等额外的冷却装置进行降温，然后再次对电池组进行冷却，以此往复循环。而外部额外附加的冷凝器或者风扇等冷却装置一方面会消耗额外的能量，降低了整个冷却系统的能源利用效率；另一方面，外部装置的增加和额外能源的消耗也提高了整个冷却系统的运行成本。

此外，从全球范围看，海水资源丰富而淡水资源相对匮乏，为了从海水中提取出淡水，满足人们日常生产生活需要，需要将海水进行淡化。传统的海水淡化技术主要有蒸馏法、渗透法和化学法等，这些方法大多耗电耗能，成本过高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种海水淡化和电池冷却一体化装置，所述装置通过将电池组产生的废热引入海水淡化机构中，不仅使得电池组的温度得到有效控制，保证了锂电池的工作性能和安全性能，还可以实现海水淡化的目的，由此解决了电池液冷系统和海水淡化的成本高、能源使用效率低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种海水淡化和电池冷却一体化装置，所述装置包括了锂电池组及膜蒸馏机构，所述锂电池组设置在所述膜蒸馏机构上方，且两者贴合在一起；

所述膜蒸馏机构包括导热硅胶、两个铝板及蒸馏膜，所述导热硅胶贴合在所述锂电池组上，两个所述铝板间隔设置且两者之间形成有流道；所述蒸馏膜设置在所述流道中，并将所述流道分为给水流道及渗透流道，所述给水流道用于收容海水，所述渗透流道用于收容海水淡化后所形成的淡水；

其中，所述锂电池组产生的热量加热所述海水，并使得所述海水蒸发，所形成的水蒸气在所述蒸馏膜两侧蒸汽分压差的作用下穿过所述蒸馏膜而进入所述渗透流道内，并不断受冷液化而冷凝成液态淡水。

进一步地，邻近所述导热硅胶的所述铝板上设置有亲水材料。

进一步地，所述蒸馏膜距离两个所述铝板的距离相等。

进一步地，所述锂电池组是由多个电池单体及连接元件构成的。

进一步地，所述导热硅胶的尺寸、所述铝板的尺寸及所述蒸馏膜的尺寸相一致，且均与所述锂电池组的尺寸相一致。

进一步地，所述导热硅胶呈片状；所述锂电池组的中心轴、所述导热硅胶的中心轴及所述蒸馏膜的中心轴重合。

进一步地，所述导热硅胶吸收所述锂电池组产生的热量，并传输给所述铝板，所述铝板吸收热量后加热所述给水流道中的海水，所述给水流道中的海水不断受热，当海水温度升高至沸点时，海水在所述给水流道与所述蒸馏膜之间汽化形成水蒸气，水蒸气在所述蒸馏膜两侧蒸汽分压差的作用下穿过所述蒸馏膜并不断受冷液化以形成汽水混合物而进入所述渗透流道中，并在重力作用下最终聚集在另一个所述铝板上而冷凝成液态淡水。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的海水淡化和电池冷却一体化装置主要具有以下有益效果：

1.所述一体化装置的结构简单紧凑，质地轻，导热系数大，耐腐蚀，成本低，易加工生产。

2.邻近所述导热硅胶的铝板底部表面涂有一层亲水材料，在海水流量较大时，海水与所述铝板的底部密切接触，而海水底部是具有疏水性的所述蒸馏膜，故海水受热汽化形成水蒸气会集中在底部与所述蒸馏膜的接触面上，使得水蒸气能够快速的进入所述蒸馏膜中，提高了海水淡化的效率。

3.将所述蒸馏膜置于所述给水流道与所述渗透流道的中部，所述给水流道中的海水受热汽化后形成水蒸气，利用所述蒸馏膜两侧蒸汽分压差的作用使水蒸气进入所述蒸馏膜中，水蒸气不断受冷液化，最终在重力作用下聚集在所述铝板上，整个过程反应速度，不需要额外的能量消耗，成本低且效率较高。

4.通过所述给水流道中的海水实现对所述锂电池组降温冷却的同时，利用所述锂电池组的高温加热海水，通过所述蒸馏膜实现海水淡化的目的，不仅保证了所述锂电池组的工作性能和安全性能，还将所述锂电池组产生的废热进行回收利用，提高了能源利用效率，并且实现了海水淡化的目的，所生产的淡水可以直接用于生产生活。

5.所述蒸馏膜机构还可以应用于其他电池组或者其他有冷却需求的产热结构，并根据产热结构的尺寸大小和冷却需求，可以对所述蒸馏膜机构内部各个部件的尺寸大小进行灵活调节，以更好地实现海水淡化和冷却降温的目的。

附图说明

图1是本发明提供的海水淡化和电池冷却一体化装置的结构示意图；

图2是图1中的海水淡化和电池冷却一体化装置的水流示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-锂电池组，2-膜蒸馏机构，3-导热硅胶，4-铝板，5-给水流道，6-蒸馏膜，7-渗透流道，8-气液两相区。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1及图2，本发明提供的一种海水淡化和电池冷却一体化装置包括锂电池组1及膜蒸馏机构2，所述锂电池组1设置在所述膜蒸馏机构2上方，两者紧密贴合在一起。

所述膜蒸馏机构2包括导热硅胶3、铝板4及蒸馏膜6，所述导热硅胶3为片状，其贴合在所述锂电池组1上，两个所述铝板4间隔设置，且两者之间形成流道。两个所述铝板4中的一个贴合在所述导热硅胶3上，所述蒸馏膜6设置在两个所述铝板4之间，且其距离两个所述铝板4的距离相等。其中，所述蒸馏膜6将所述流道分成给水流道5及渗透流道7，且所述给水流道5与所述渗透流道7上下设置，互不相连通。

本实施方式中，邻近所述导热硅胶3的铝板4上设置有亲水材料。所述装置工作时，所述锂电池组1会产生大量的热导致温度急剧升高，与所述锂电池组1紧密接触的所述导热硅胶3迅速吸收热量并传递给下方的所述铝板4，所述铝板4吸收热量后其温度升高，从而加热所述给水流道5中的海水。所述给水流道5中的海水不断受热，温度升高至沸点时，在所述给水流道5与所述蒸馏膜6之间汽化形成水蒸气，在所述蒸馏膜6两侧蒸汽分压差的作用下，水蒸气穿过所述蒸馏膜6并不断受冷液化形成汽水混合物进入所述渗透流道7中，在重力作用下，最终打在最底部所述铝板4上全部冷凝成液态淡水。随着所述给水流道5中给水流量的不断增大，所述渗透流道7中的淡水掺量不断增加，形成渗透水流，从而实现海水淡化和电池组冷却的目的。其中，所述蒸馏膜6的附近形成气液两相区8。

本实施方式中，所述导热硅胶3、所述铝板4、所述给水流道5、所述蒸馏膜6及所述渗透流道7均呈矩形；可以理解，在其他实施方式中，所述导热硅胶3、所述铝板4、所述给水流道5、所述蒸馏膜6及所述渗透流道7的形状可以根据实际需要更改。

为了实现海水淡化和电池冷却效果的最大化，所述膜蒸馏机构2的尺寸大小，以及其所包含的所述导热硅胶3、所述铝板4、所述给水流道5、所述蒸馏膜6及所述渗透流道7的尺寸大小，均与所述锂电池组1的尺寸大小相匹配；可以理解，在其他实施方式中，所述膜蒸馏机构2以及其所包含的所述导热硅胶3、所述铝板4、所述给水流道5、所述蒸馏膜6及所述渗透流道7的尺寸大小均可以根据实际需要进行更改。

其中，所述给水流道5应尽可能大，应该使得所述给水流道5中的海水与邻近所述导热硅胶3的所述铝板4之间的空气间隙越小越好，如此可以使得海水汽化的蒸汽产生于所述给水流道5与所述蒸馏膜6之间，以便水蒸气快速进入所述蒸馏膜6中，从而提高海水淡化的效率。

所述给水流道5与所述渗透流道7分别位于所述蒸馏膜6的上方和下方，由于所述蒸馏膜6具有疏水性能，所以所述给水流道5中的海水无法从所述蒸馏膜6中进入下方的所述渗透流道7，并且在海水与所述蒸馏膜6的接触界面形成一层细小的空气膜。所述给水流道5中的海水在上方所述铝板4的加热下温度不断升高，在空气膜中汽化成水蒸气，水蒸气在所述蒸馏膜6两侧的蒸汽分压差的作用下会立即进入蒸馏膜6中，在穿过所述蒸馏膜6时部分水蒸气逐渐受冷液化形成汽水混合物后进入所述渗透流道7，在底部所述铝板4的冷却作用下，逐渐全部冷凝成液态淡水。整个海水淡化的过程中，在部分所述给水流道5、整个所述蒸馏膜6和部分所述渗透流道7之间存在一个气液两相区8。

所述锂电池组1为大型电池组，其是由大量的电池单体及连接原件构成，所述锂电池组1在工作时产生大量的热，温升大且快，冷却需求量高，在长时间的放电状态下，为了使所述锂电池组1在合适的温度区间工作以保证其工作性能和安全性能，需要提供长效的冷却方法。而海水淡化的首先前提是需要足够的能量加热海水使得海水沸腾汽化，因此所述锂电池组1的这种需求正好与海水淡化的需求不谋而合。可以理解，对于实际中其他有长效冷却需求的系统及结构，或者产生大量废热可以回收利用的系统及结构，所述一体化装置依然适用。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种海水淡化和电池冷却一体化装置，其特征在于：

所述装置包括了锂电池组(1)及膜蒸馏机构(2)，所述锂电池组(1)设置在所述膜蒸馏机构(2)上方，且两者贴合在一起；

所述膜蒸馏机构(2)包括导热硅胶(3)、两个铝板(4)及蒸馏膜(6)，所述导热硅胶(3)贴合在所述锂电池组(1)上，两个所述铝板(4)间隔设置且两者之间形成有流道；所述蒸馏膜(6)设置在所述流道中，并将所述流道分为给水流道(5)及渗透流道(7)，所述给水流道(5)用于收容海水，所述渗透流道(7)用于收容海水淡化后所形成的淡水；

其中，所述锂电池组(1)产生的热量加热所述海水，并使得所述海水蒸发，所形成的水蒸气在所述蒸馏膜(6)两侧蒸汽分压差的作用下穿过所述蒸馏膜(6)而进入所述渗透流道(7)内，并不断受冷液化而冷凝成液态淡水。

2.如权利要求1所述的海水淡化和电池冷却一体化装置，其特征在于：邻近所述导热硅胶(3)的所述铝板(4)上设置有亲水材料。

3.如权利要求1所述的海水淡化和电池冷却一体化装置，其特征在于：所述蒸馏膜(6)距离两个所述铝板(4)的距离相等。

4.如权利要求1所述的海水淡化和电池冷却一体化装置，其特征在于：所述锂电池组(1)是由多个电池单体及连接元件构成的。

5.如权利要求1-4任一项所述的海水淡化和电池冷却一体化装置，其特征在于：所述导热硅胶(3)的尺寸、所述铝板(4)的尺寸及所述蒸馏膜(6)的尺寸相一致，且均与所述锂电池组(1)的尺寸相一致。

6.如权利要求1-4任一项所述的海水淡化和电池冷却一体化装置，其特征在于：所述导热硅胶(3)呈片状；所述锂电池组(1)的中心轴、所述导热硅胶(3)的中心轴及所述蒸馏膜(6)的中心轴重合。

7.如权利要求1-4任一项所述的海水淡化和电池冷却一体化装置，其特征在于：所述导热硅胶(3)吸收所述锂电池组(1)产生的热量，并传输给所述铝板(4)，所述铝板(4)吸收热量后加热所述给水流道(5)中的海水，所述给水流道(5)中的海水不断受热，当海水温度升高至沸点时，海水在所述给水流道(5)与所述蒸馏膜(6)之间汽化形成水蒸气，水蒸气在所述蒸馏膜(6)两侧蒸汽分压差的作用下穿过所述蒸馏膜(6)并不断受冷液化以形成汽水混合物而进入所述渗透流道(7)中，并在重力作用下最终聚集在另一个所述铝板(4)上而冷凝成液态淡水。

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