CN116190718A - 一种全钒液流电池用电解液流量管理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全钒液流电池用电解液流量管理装置，属于液流电池技术领域。一种全钒液流电池用电解液流量管理装置，包括电池主体、储液箱体、叶轮泵和组配框架，还包括排污滤液器，其设置于电池主体的内部，所述组配框架包括储液单元、循环单元和电池单元，电池主体安装在电池单元的内部，电池主体有三个。为解决电解液在电池内部需要进行长时间的流动后才能实现一周循环，但这样会导致电解液的在高温环境流动，进而导致电解液均易出现沉淀和堵塞的情况，严重影响了电池的安全高效运行的问题，通过滤液箱将电解液中反应生成的悬浮介质给滤出，避免电解液循环过程中，液体中的悬浮介质会堵塞电池以及管道内部的槽口区域。

Description

一种全钒液流电池用电解液流量管理装置

技术领域

本发明涉及液流电池技术领域，具体为一种全钒液流电池用电解液流量管理装置。

背景技术

全钒液流电池是最具应用前景的大规模储能技术之一，具有设计灵活、可逆性高、正负极电解液组分相同、无交叉污染风险等优点，特别适合用于大型的固定场地的电能存储；尽管全钒液流电池具有诸多优势，但是其工作温度范围较窄也成为了限制其应用的严重阻碍；

公开号为CN210092231U的中国专利公开了一种全钒液流电池用电解液导流装置，该装置内隔板与外隔板之间形成S形流道，方便了电解液的流动，避免出现流动死区，交替设置的第一针翅和第二针翅在S形流道中再次形成一个蛇形通道，进一步延长电解液在液流框中的流动距离，提高电解液在电极表面的均匀分布性，提高了电池工作效率，延长的电池的使用寿命。

上述专利中，电解液在电池内部需要进行长时间的流动后才能实现一周循环，但这样会导致电解液的在高温环境流动，进而导致电解液均易出现沉淀和堵塞的情况，严重影响了电池的安全高效运行；因此，不满足现有的需求，对此提出了一种全钒液流电池用电解液流量管理装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全钒液流电池用电解液流量管理装置，通过滤液箱将电解液中反应生成的悬浮介质给滤出，避免电解液循环过程中，液体中的悬浮介质会堵塞电池以及管道内部的槽口区域，可以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种全钒液流电池用电解液流量管理装置，包括电池主体、储液箱体、叶轮泵和组配框架，还包括排污滤液器，其设置于电池主体的内部，所述组配框架包括储液单元、循环单元和电池单元，电池主体安装在电池单元的内部，电池主体有三个，所述电池单元的四周均设置有固位支架，电池主体之间设置有散热隔板，所述储液箱体安装在储液单元的内部，储液箱体包括正极液箱和负极液箱，所述正极液箱和负极液箱的顶部均设置有循环阀口，所述叶轮泵安装在循环单元的内部，两个叶轮泵通过管道分别与正极液箱和负极液箱连接，所述叶轮泵与驱动电机连接，驱动电机的上方设置有滤液箱。

优选的，两个所述叶轮泵分别通过正极分流管和负极分流管与电池主体连接，滤液箱分别通过负极出液管和正极出液管与电池主体连接。

优选的，所述电池主体的顶部设置有密封盖板，密封盖板的外表面设置有两个接线架，所述接线架之间设置有补液阀口，补液阀口延伸至电池主体的内部，所述电池主体一端的上方设置有两个输入循环口，电池主体一端的下方设置有两个输出循环口，所述电池主体的外表面设置有一体成型的外铝翅片。

优选的，所述电池主体的内部设置有离子交换膜，所述离子交换膜的一侧设置有正极板，离子交换膜的另一侧设置有负极板，所述正极分流管和负极分流管与输入循环口通过法兰连接，负极出液管和正极出液管与输出循环口通过法兰连接，所述电池主体的内部还设置有多个波形隔板，波形隔板位于离子交换膜的两侧。

优选的，所述滤液箱的内部设置有正极滤液腔和负极滤液腔，正极滤液腔与负极滤液腔之间安装有腔体隔断，所述正极滤液腔位于负极滤液腔的下方，正极滤液腔和负极滤液腔的内部均设置有滤网通管，所述滤网通管分别与正极液箱和负极液箱连接。

优选的，所述滤液箱的顶部设置有三个正极通口，正极通口的一侧设置有负极通口，所述正极通口贯穿腔体隔断延伸至正极滤液腔的内部，负极通口贯穿延伸至负极滤液腔的内部。

优选的，所述负极出液管延伸至负极滤液腔的内部，正极出液管延伸至正极滤液腔的内部，所述排污滤液器有两个，排污滤液器之间结构相同，长度不同，其中长轴的排污滤液器通过正极通口与滤液箱连接，短轴的排污滤液器通过副极通口与滤液箱连接。

优选的，所述排污滤液器包括外滤管和承接底管，承接底管与外滤管设置为一体成型结构，所述承接底管的顶部设置有抽吸管口，外滤管与承接底管的底部之间设置有排渣管口。

优选的，所述排渣管口设置为扇形结构，排渣管口的内部设置有可拆卸滤网，所述承接底管的内部设置有传动轴，传动轴的顶部设置有涡轮转头，所述涡轮转头位于抽吸管口的内侧，传动轴通过轴承与承接底管转动连接。

优选的，所述传动轴的外表面设置有循环螺旋叶，循环螺旋叶位于传动轴的中上端区域，所述传动轴的底端分别延伸至正极滤液腔和负极滤液腔的内部，传动轴的底端设置有导流叶板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明，电解液在电池内部循环流动时，进行电化学反应，随后通过另一端的出口进入到滤液箱中，通过滤液箱将电解液中反应生成的悬浮介质给滤出，避免电解液循环过程中，液体中的悬浮介质会堵塞电池以及管道内部的槽口区域；

2、本发明，波形隔板安装在电池反应槽体的内部，通过波形隔板将电解液的流动空间改变成S形结构设计，这样可以延长电解液与正负极板的接触时间，进而提升充电效率，同时波形隔板自身的曲线结构，可以使相邻的波形隔板之间形成窄口和宽口的流动设计，当电解液在波形隔板之间流动时，经过宽口，流道内部的电解液增多，随后再由窄口时通向宽口时，前端宽口区域的电解液无法全部通过，受窄口尺寸的影响，电解液被挤压，内部的分子压缩后就会使电解液快速通过，让电解液在电池内部流动的整个过程中实现间断性缓冲和加速，避免电解液出现流动不均以及在高低温环境下的流速不平衡的状态；

3、本发明，流动的电解液在通过输出循环口排出时，输出循环口处输出的水流可以推动传动轴底部的导流叶板朝一个方向进行旋转，跟随传动轴一同旋转的还有顶部的涡轮转头，利用涡轮转头的旋转将电池主体底部沉积的电解液和悬浮介质抽入到外滤管的内部，电解液在进入到外滤管内部后，其内部的反应产生的杂质可以被底部的滤网拦截，而滤出的电解液则流入到滤液箱的内部，在持续过滤的过程中，传动轴表面的循环螺旋叶在跟随旋转的过程中可以将处于外滤管内部的杂质以及未排出的电解液向上进行提升，这样可以避免杂质受水流压力的影响积留在排渣管口处，从而导致滤口区域出现堵塞的情况。

附图说明

图1为本发明的整体主视图；

图2为本发明的整体侧视图；

图3为本发明的电池主体结构示意图；

图4为本发明的电池主体剖面结构示意图；

图5为本发明的电池主体内部结构示意图；

图6为本发明的滤液箱结构示意图；

图7为本发明的排污滤液器结构示意图；

图8为本发明的排污滤液器剖面结构示意图。

图中：1、电池主体；2、储液箱体；3、叶轮泵；4、驱动电机；5、组配框架；6、滤液箱；7、排污滤液器；101、密封盖板；102、接线架；103、补液阀口；104、输出循环口；105、输入循环口；106、外铝翅片；107、波形隔板；108、正极板；109、负极板；1010、离子交换膜；201、正极液箱；202、负极液箱；203、循环阀口；301、正极分流管；302、负极分流管；501、储液单元；502、循环单元；503、电池单元；5031、固位支架；5032、散热隔板；601、正极滤液腔；602、负极滤液腔；603、腔体隔断；604、滤网通管；605、负极出液管；606、正极出液管；6011、正极通口；6012、负极通口；701、外滤管；702、承接底管；703、传动轴；704、涡轮转头；7011、抽吸管口；7012、排渣管口；7031、导流叶板；7032、循环螺旋叶。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供的一种实施例：一种全钒液流电池用电解液流量管理装置，包括电池主体1、储液箱体2、叶轮泵3和组配框架5，还包括排污滤液器7，其设置于电池主体1的内部，组配框架5包括储液单元501、循环单元502和电池单元503，电池主体1安装在电池单元503的内部，电池主体1有三个，电池单元503的四周均设置有固位支架5031，电池主体1之间设置有散热隔板5032，储液箱体2安装在储液单元501的内部，储液箱体2包括正极液箱201和负极液箱202，正极液箱201和负极液箱202的顶部均设置有循环阀口203，叶轮泵3安装在循环单元502的内部，两个叶轮泵3通过管道分别与正极液箱201和负极液箱202连接，叶轮泵3与驱动电机4连接，驱动电机4的上方设置有滤液箱6，两个叶轮泵3分别通过正极分流管301和负极分流管302与电池主体1连接，滤液箱6分别通过负极出液管605和正极出液管606与电池主体1连接；

通过两组叶轮泵3将正极液箱201和负极液箱202内部的电解液抽送到电池主体1内部，在此过程中，电解液会通过泵体上方的驱动电机4来进行增压加速，这样不仅可以提升电解液的循环效率，同时在低温环境下可以利用驱动电机4来帮助电解液进行快速流动摩擦，进而提升电解液温度，保障电池在低温环境下达到一个标准的工作状态；

电解液在电池内部循环流动后，将化学能转化为电能，随后通过另一端的出口进入到滤液箱6中，通过滤液箱6将电解液中反应生成的悬浮介质给滤出，避免电解液循环过程中，液体中的悬浮介质会堵塞电池以及管道内部的槽口区域，经过过滤后的电解液会重新进入到正极液箱201和负极液箱202中，等待下一次循环。

请参阅图3-5，电池主体1的顶部设置有密封盖板101，密封盖板101的外表面设置有两个接线架102，接线架102之间设置有补液阀口103，接线架102包括正极接线架和负极接线架，补液阀口103延伸至电池主体1的内部，在电解液损耗严重的情况下，通过补液阀口103可以向电池内部注入新的电解液，以保障电池的循环使用，电池主体1一端的上方设置有两个输入循环口105，电池主体1一端的下方设置有两个输出循环口104，电池主体1的外表面设置有一体成型的外铝翅片106，外铝翅片106可以在高温环境下保障电池放电过程中的散热需求，提升电池的供电稳定性，电池主体1的内部设置有离子交换膜1010，离子交换膜1010的一侧设置有正极板108，离子交换膜1010的另一侧设置有负极板109，正极分流管301和负极分流管302与输入循环口105通过法兰连接，负极出液管605和正极出液管606与输出循环口104通过法兰连接，电池主体1的内部还设置有多个波形隔板107，波形隔板107位于离子交换膜1010的两侧；

电池主体1同传统的液流电池一样，其内部通过离子交换膜1010、正极板108和负极板109分割成两个反应空间，正负电解液分别在独立的空间中与离子交换膜1010和正负极板进行接触；

波形隔板107安装在电池反应槽体的内部，通过波形隔板107将电解液的流动空间改变成S形结构设计，这样可以延长电解液与正负极板的接触时间，进而提升充电效率，同时波形隔板107自身的曲线结构，可以使相邻的波形隔板107之间形成窄口和宽口的流动设计，当电解液在波形隔板107之间流动时，经过宽口，流道内部的电解液增多，随后再由窄口时通向宽口时，前端宽口区域的电解液无法全部通过，受窄口尺寸的影响，电解液被挤压，内部的分子压缩后就会使电解液快速通过，让电解液在电池内部流动的整个过程中实现间断性缓冲和加速，避免电解液出现流动不均以及在高低温环境下的流速不平衡的状态；

波形隔板107采用导电材料，与电极板接触，形成电子通道，S形隔板表面作为离子反应场所增大了电极板与电解液接触面，进而提升反应效率。

请参阅图4-6，滤液箱6的内部设置有正极滤液腔601和负极滤液腔602，正极滤液腔601与负极滤液腔602之间安装有腔体隔断603，正极滤液腔601位于负极滤液腔602的下方，正极滤液腔601和负极滤液腔602的内部均设置有滤网通管604，滤网通管604分别与正极液箱201和负极液箱202连接，滤液箱6的顶部设置有三个正极通口6011，正极通口6011的一侧设置有负极通口6012，正极通口6011贯穿腔体隔断603延伸至正极滤液腔601的内部，负极通口6012贯穿延伸至负极滤液腔602的内部，负极出液管605延伸至负极滤液腔602的内部，正极出液管606延伸至正极滤液腔601的内部，排污滤液器7有两个，排污滤液器7之间结构相同，长度不同，其中长轴的排污滤液器7通过正极通口6011与滤液箱6连接，短轴的排污滤液器7通过副极通口与滤液箱6连接；

电池内部的电解液在完成循环操作后，会先进入到滤液箱6内部的正极滤液腔601和负极滤液腔602中，随后通过滤网通管604过滤后才可以重新回流至正极液箱201和负极液箱202中，这样可以有效的避免电池内部出现固体介质积留的情况。

请参阅图6-8，排污滤液器7包括外滤管701和承接底管702，承接底管702与外滤管701设置为一体成型结构，承接底管702的顶部设置有抽吸管口7011，外滤管701与承接底管702的底部之间设置有排渣管口7012，排渣管口7012设置为扇形结构，排渣管口7012的内部设置有可拆卸滤网，承接底管702的内部设置有传动轴703，传动轴703的顶部设置有涡轮转头704，涡轮转头704位于抽吸管口7011的内侧，传动轴703通过轴承与承接底管702转动连接，传动轴703的外表面设置有循环螺旋叶7032，循环螺旋叶7032位于传动轴703的中上端区域，传动轴703的底端分别延伸至正极滤液腔601和负极滤液腔602的内部，传动轴703的底端设置有导流叶板7031；

每个电池主体1的底部都安装有两个一长一短的排污滤液器7，分别对应内部的正负极电解液流槽，其中传动轴703和底部的导流叶板7031位于滤液箱6的内部，电解液在电池内部经过波形隔板107的导流后，会由上至下进入到底部的输出循环口104区域，而排污滤液器7的同样安装在该区域，安装高度低于输出循环口104，流动的电解液在通过输出循环口104排出时，输出循环口104处输出的水流可以推动传动轴703底部的导流叶板7031朝一个方向进行旋转，跟随传动轴703一同旋转的还有顶部的涡轮转头704，利用涡轮转头704的旋转将电池主体1底部沉积的电解液和悬浮介质抽入到外滤管701的内部，电解液在进入到外滤管701内部后，其内部的反应产生的杂质可以被底部的滤网拦截，而滤出的电解液则流入到滤液箱6的内部，在持续过滤的过程中，传动轴703表面的循环螺旋叶7032在跟随旋转的过程中可以将处于外滤管701内部的杂质以及未排出的电解液向上进行提升，这样可以避免杂质受水流压力的影响积留在排渣管口7012处，从而导致滤口区域出现堵塞的情况。

工作原理，通过两组叶轮泵3将正极液箱201和负极液箱202内部的电解液抽送到电池主体1内部，在此过程中，电解液会通过泵体上方的驱动电机4来进行增压加速，这样不仅可以提升电解液的循环效率，同时在低温环境下可以利用驱动电机4来帮助电解液进行快速流动摩擦，进而提升电解液温度，保障电池在低温环境下达到一个标准的工作状态，进入到电池主体1内部的正负电解液分别在独立的空间中与离子交换膜1010和正负极板进行接触，而波形隔板107安装在电池反应槽体的内部，通过波形隔板107将电解液的流动空间改变成S形结构设计，这样可以延长电解液与正负极板的接触时间，进而提升充电效率，同时波形隔板107自身的曲线结构，可以使相邻的波形隔板107之间形成窄口和宽口的流动设计，当电解液在波形隔板107之间流动时，经过宽口，流道内部的电解液增多，随后再由窄口时通向宽口时，前端宽口区域的电解液无法全部通过，受窄口尺寸的影响，电解液被挤压，内部的分子压缩后就会使电解液快速通过，让电解液在电池内部流动的整个过程中实现间断性缓冲和加速，避免电解液出现流动不均以及在高低温环境下的流速不平衡的状态，在每个电池主体1的底部都安装有两个一长一短的排污滤液器7，分别对应内部的正负极电解液流槽，其中传动轴703和底部的导流叶板7031位于滤液箱6的内部，电解液在电池内部经过波形隔板107的导流后，会由上至下进入到底部的输出循环口104区域，而排污滤液器7的同样安装在该区域，安装高度低于输出循环口104，流动的电解液在通过输出循环口104排出时，输出循环口104处输出的水流可以推动传动轴703底部的导流叶板7031朝一个方向进行旋转，跟随传动轴703一同旋转的还有顶部的涡轮转头704，利用涡轮转头704的旋转将电池主体1底部沉积的电解液和悬浮介质抽入到外滤管701的内部，电解液在进入到外滤管701内部后，其内部的反应产生的杂质可以被底部的滤网拦截，而滤出的电解液则流入到滤液箱6的内部，在持续过滤的过程中，传动轴703表面的循环螺旋叶7032在跟随旋转的过程中可以将处于外滤管701内部的杂质以及未排出的电解液向上进行提升，这样可以避免杂质受水流压力的影响积留在排渣管口7012处，从而导致滤口区域出现堵塞的情况，同时也可以带动电池底部的电解液进行流动，防止高低温状态下电池各部位出现温度不平衡的情况出现，经过过滤后的电解液会重新进入到正极液箱201和负极液箱202中，等待下一次循环。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种全钒液流电池用电解液流量管理装置，包括电池主体（1）、储液箱体（2）、叶轮泵（3）和组配框架（5），其特征在于；

还包括排污滤液器（7），其设置于电池主体（1）的内部，所述组配框架（5）包括储液单元（501）、循环单元（502）和电池单元（503），电池主体（1）安装在电池单元（503）的内部，电池主体（1）有三个，所述电池单元（503）的四周均设置有固位支架（5031），电池主体（1）之间设置有散热隔板（5032），所述储液箱体（2）安装在储液单元（501）的内部，储液箱体（2）包括正极液箱（201）和负极液箱（202），所述正极液箱（201）和负极液箱（202）的顶部均设置有循环阀口（203），所述叶轮泵（3）安装在循环单元（502）的内部，两个叶轮泵（3）通过管道分别与正极液箱（201）和负极液箱（202）连接，所述叶轮泵（3）与驱动电机（4），驱动电机（4）的上方设置有滤液箱（6）。

2.根据权利要求1所述的一种全钒液流电池用电解液流量管理装置，其特征在于：两个所述叶轮泵（3）分别通过正极分流管（301）和负极分流管（302）与电池主体（1）连接，滤液箱（6）分别通过负极出液管（605）和正极出液管（606）与电池主体（1）连接。

3.根据权利要求2所述的一种全钒液流电池用电解液流量管理装置，其特征在于：所述电池主体（1）的顶部设置有密封盖板（101），密封盖板（101）的外表面设置有两个接线架（102），所述接线架（102）之间设置有补液阀口（103），补液阀口（103）延伸至电池主体（1）的内部，所述电池主体（1）一端的上方设置有两个输入循环口（105），电池主体（1）一端的下方设置有两个输出循环口（104），所述电池主体（1）的外表面设置有一体成型的外铝翅片（106）。

4.根据权利要求3所述的一种全钒液流电池用电解液流量管理装置，其特征在于：所述电池主体（1）的内部设置有离子交换膜（1010），所述离子交换膜（1010）的一侧设置有正极板（108），离子交换膜（1010）的另一侧设置有负极板（109），所述正极分流管（301）和负极分流管（302）与输入循环口（105）通过法兰连接，负极出液管（605）和正极出液管（606）与输出循环口（104）通过法兰连接，所述电池主体（1）的内部还设置有多个波形隔板（107），波形隔板（107）位于离子交换膜（1010）的两侧。

5.根据权利要求4所述的一种全钒液流电池用电解液流量管理装置，其特征在于：所述滤液箱（6）的内部设置有正极滤液腔（601）和负极滤液腔（602），正极滤液腔（601）与负极滤液腔（602）之间安装有腔体隔断（603），所述正极滤液腔（601）位于负极滤液腔（602）的下方，正极滤液腔（601）和负极滤液腔（602）的内部均设置有滤网通管（604），所述滤网通管（604）分别与正极液箱（201）和负极液箱（202）连接。

6.根据权利要求5所述的一种全钒液流电池用电解液流量管理装置，其特征在于：所述滤液箱（6）的顶部设置有三个正极通口（6011），正极通口（6011）的一侧设置有负极通口（6012），所述正极通口（6011）贯穿腔体隔断（603）延伸至正极滤液腔（601）的内部，负极通口（6012）贯穿延伸至负极滤液腔（602）的内部。

7.根据权利要求6所述的一种全钒液流电池用电解液流量管理装置，其特征在于：所述负极出液管（605）延伸至负极滤液腔（602）的内部，正极出液管（606）延伸至正极滤液腔（601）的内部，所述排污滤液器（7）有两个，排污滤液器（7）之间结构相同，长度不同，其中长轴的排污滤液器（7）通过正极通口（6011）与滤液箱（6）连接，短轴的排污滤液器（7）通过副极通口与滤液箱（6）连接。

8.根据权利要求7所述的一种全钒液流电池用电解液流量管理装置，其特征在于：所述排污滤液器（7）包括外滤管（701）和承接底管（702），承接底管（702）与外滤管（701）设置为一体成型结构，所述承接底管（702）的顶部设置有抽吸管口（7011），外滤管（701）与承接底管（702）的底部之间设置有排渣管口（7012）。

9.根据权利要求8所述的一种全钒液流电池用电解液流量管理装置，其特征在于：所述排渣管口（7012）设置为扇形结构，排渣管口（7012）的内部设置有可拆卸滤网，所述承接底管（702）的内部设置有传动轴（703），传动轴（703）的顶部设置有涡轮转头（704），所述涡轮转头（704）位于抽吸管口（7011）的内侧，传动轴（703）通过轴承与承接底管（702）转动连接。

10.根据权利要求9所述的一种全钒液流电池用电解液流量管理装置，其特征在于：所述传动轴（703）的外表面设置有循环螺旋叶（7032），循环螺旋叶（7032）位于传动轴（703）的中上端区域，所述传动轴（703）的底端分别延伸至正极滤液腔（601）和负极滤液腔（602）的内部，传动轴（703）的底端设置有导流叶板（7031）。

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