CN116314927A - 全钒液流电池散热及热能回收一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了全钒液流电池散热及热能回收一体化装置,涉及全钒液流电池的技术领域，本发明采用三级余热回收设计：一级余热回收的储能设备的热空气通过外部通风机传输至风冷换热器，与热泵冷凝侧的冷介质进行初始换热；二级余热回收通过在电解液储罐外部的散热盘管，冷水进入盘管后与储罐内部的电解液进行热交换，具有一定热品味的温水进入缓冲水罐与一级余热回收后的冷介质进行混合；三级余热回收通过传输介质与电解液在换热器内部进行热交换，然后传输介质将热量转移至热泵模块，换热介质在蒸发侧进行吸热后在冷凝侧进行放热，然后高品位热介质通过板式换热器与缓冲罐中的冷介质水进行热交换，制取的热水进入蓄水罐进行储存。
Description
技术领域
本发明涉及全钒液流电池的技术领域，具体涉及全钒液流电池散热及热能回收一体化装置。
背景技术
全钒液流电池在充放电时，随着电化学反应的发生，伴随着吸热和放热过程，导致电池系统储能介质电解质溶液发生温度的变化，热量的产生和吸收主要包括反应热、极化热、焦耳热、自放电热及机械能转化为热能。目前，全钒液流电池的直流侧充放电效率达到75％～80％，能量损失率为20～25％。根据对典型的全钒液流电池实际运行数据的测量和统计，约有15％的充电能量，即全部损失能量的60～75％，会转换为热能并存储在电池系统的电解质溶液中。
全钒液流电池系统中热量的产生及随之带来的电解液和其他部件温度的变化会对电解液的循环稳定性、容量利用率及电池效率等产生影响，根据理论和实际研究结果，在一定温度范围内，随着电解液温度升高，电池系统的转换效率和电池容量均会有不同程度的提升，而随着电解液温度超过一定的范围，电解液运行稳定性就会面临较高风险，温度过高会使得五价钒离子发生析出反应，造成电堆堵塞，造成安全隐患。因此，需要利用独立的换热器对电解液进行换热，保障系统安全正常运行。
综上所述，现有的全钒液流储能电池采用独立的换热器对电解液进行换热，而采用传统换热系统进行换热后的热量直接排放进入大气，未对这部分热量进行有效利用，造成了很大程度的热量浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供全钒液流电池散热及热能回收一体化装置，以克服现有技术中的上述缺陷。
全钒液流电池散热及热能回收一体化装置,包括功率单元集装箱中的电堆及容量单元集装箱内的电解液储罐，所述电堆通过管路与电解液储罐连接；
一级余热回收系统包括通风机及风冷换热器，功率单元集装箱和容量单元集装箱内部的热空气通过排风管上的通风机输送至风冷换热器，与风冷换热器的进口连通的冷水管进行换热，风冷换热器的出口连至缓冲水罐；
二级余热回收系统包括电解液储罐外侧设置的散热盘管，散热盘管的冷水进口与冷水管连接，散热盘管的温水出口与缓冲水罐连接，与一级余热回收后的冷介质进行混合；
三级余热回收系统包括蒸发器及热泵机组，容量单元集装箱内部的蒸发器与热泵机组连接，热泵机组与板式换热器连接，高品位热介质通过板式换热器与缓冲水罐中的冷介质水进行热交换，制取的热水进入热水储罐进行储存。
优选的，所述通风机通过通风机控制器电性连接至BMS系统。
优选的，所述功率单元集装箱和容量单元集装箱顶部均设有进风口且内部均设有风道，风道通过排风口与排风管连通。
优选的，所述热泵机组与蒸发器、热泵机组与板式换热器之间均设有定压补水箱。
优选的，所述热水储罐通过溢流阀与溢流储罐连接，热水储罐及溢流储罐分别连接至洗浴系统，溢流储罐连接至厨房系统。
优选的，所述散热盘管的冷水进口与冷水管之间设有电动阀门。
本发明具有如下优点：
1.传统换热器是通过蒸发器的制冷介质与电解液进行换热，然后通过通风机将热量散入大气，本发明通过余热回收装置将电解液和储能设备内部的热量最大程度取出，制取的热水可满足储能设备所在厂区的热水需求，实现了余热的最大化利用。
2.本发明采用三级余热回收设计：一级余热回收是通过在功率单元集装箱和容量单元集装箱内部设计风道和排风口，储能设备内部的热空气通过外部通风机和排风管传输至风冷换热器，与热泵冷凝侧的冷介质进行初始换热，提升冷介质的初始热品位；二级余热回收是通过在容量单元集装箱内部的电解液储罐外部设计散热盘管，冷水进入盘管后与储罐内部的电解液进行热交换，具有一定热品味的温水进入缓冲水罐与一级余热回收后的冷介质进行混合，然后供热泵回收的冷凝侧用水需求；三级余热回收是通过传输介质与电解液在换热器内部进行热交换，然后传输介质将热量转移至热泵模块，换热介质在蒸发侧进行吸热后在冷凝侧进行放热，然后高品位热介质通过板式换热器与缓冲罐中的冷介质水进行热交换，制取的热水进入蓄水罐进行储存。
3.通过核算储能系统工作过程中的产热量和三级余热回收装置的热水产量，本发明在热水储存装置中进行了热水储罐+溢流罐的组合设计，热水储罐保证厂区的必要热水需求，溢流罐可供给厨房等方面的热水需求，此设计在保障热水需求的同时避免了散热塔的使用，降低了辅助设备的电耗。
4.全钒液流电池较锂电池而言系统转换效率较低，主要原因是热量散失未进行收集和再利用，采用三级余热回收装置实现了余热的高效回收和再利用，减少了设备所在厂区制备日常热水的电能消耗，等效于提升了全钒液流电池系统的转换效率。
5.本发明通过在一级余热回收的功率单元集装箱和容量单元集装箱内部设置测温点，测温点的数据实时上传至BMS，BMS可以根据实时温度来控制通风机的启停，实现一级余热回收的可控调节；二级余热回收通过在出水管路上设置测温点，测温点的数据实时上传至BMS，BMS可以根据出水温度来控制进水阀门的启停，实现二级余热回收的可控调节；此外，在缓冲水罐中设置高液位和低液位传感器，传感器数据实时上传至BMS，当缓冲水罐液位达到满液位时，BMS下达一级余热回收通风机和二级余热回收进水阀门关闭指令，当缓冲水罐液位低于低液位时，BMS下达一级余热回收通风机和二级余热回收进水阀门开启指令，实现全自动化控制，且此一、二级联合控制优先级高于一级余热回收和二级余热回收控制，只有当一、二级联合控制允许一级余热回收通风机和二级余热回收进水阀门开启指令下达后一级余热回收控制和二级余热回收控制才可以自行发挥作用。
附图说明
图1为本发明整体的角度结构示意图。
图2为本发明率单元集装箱及容量单元集装箱内部风道的结构示意图。
图3为本发明散热盘管的结构示意图。
图4为本发明一、二级余热回收联合控制流程图。
图5为本发明一级余热回收自动控制流程图。
图6为本发明二级余热回收自动控制流程图。
其中：1、功率单元集装箱，2、容量单元集装箱，3、通风机，4、排风管，5、风冷换热器，6、冷水管，7、缓冲水罐，8、散热盘管，9、蒸发器，10、热泵机组，11、板式换热器，12、热水储罐，13、进风口，14、风道，15、排风口，16、定压补水箱，17、溢流储罐，18、电动阀门。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1-6所示，本发明提供了全钒液流电池散热及热能回收一体化装置,包括功率单元集装箱1中的电堆及容量单元集装箱2内的电解液储罐，所述电堆通过管路与电解液储罐连接；
一级余热回收系统包括通风机3及风冷换热器5，功率单元集装箱1和容量单元集装箱2内部的热空气通过排风管4上的通风机3输送至风冷换热器5，与风冷换热器5的进口连通的冷水管6进行换热，提升冷介质的初始热品位，风冷换热器5的出口连至缓冲水罐7，所述通风机3通过通风机控制器电性连接至BMS系统；
二级余热回收系统包括电解液储罐外侧设置的散热盘管8，散热盘管8的冷水进口与冷水管6连接，散热盘管8的冷水进口与冷水管6之间设有电动阀门18，通过电动阀门18控制冷水管6的冷水进入散热盘管8，散热盘管8的温水出口与缓冲水罐7连接，冷水进入散热盘管8后与电解液储罐内部的电解液进行热交换，具有一定热品味的温水进入缓冲水罐7与一级余热回收后的冷介质进行混合，然后供热泵回收的冷凝侧用水需求；
三级余热回收系统包括蒸发器9及热泵机组10，容量单元集装箱2内部的蒸发器9与热泵机组10连接，热泵机组10与板式换热器11连接，通过传输介质与电解液在换热器内部进行热交换，然后传输介质将热量转移至热泵模块，换热介质在蒸发侧进行吸热后在冷凝侧进行放热，然后高品位热介质通过板式换热器11与缓冲水罐中的冷介质水进行热交换，制取的热水进入蓄水罐进行储存，热水储罐12通过溢流阀与溢流储罐17连接，热水储罐12及溢流储罐17分别连接至洗浴系统，溢流储罐17连接至厨房系统。
此外，所述功率单元集装箱1和容量单元集装箱2顶部均设有进风口13且内部均设有风道14，风道14通过排风口15与排风管4连通，通过风道14及排风口15将功率单元集装箱1和容量单元集装箱2内部的热空气排出进行热交换。
另外，所述热泵机组10与蒸发器9、热泵机组10与板式换热器11之间均设有定压补水箱16，通过定压补水箱16分别对热泵机组10与蒸发器9、热泵机组10与板式换热器11之间的管道进行补水。
具体实施方式及原理：
本发明在实际应用时，一级余热回收的功率单元集装箱和容量单元集装箱内部设置测温点，测温点的数据实时上传至BMS，BMS可以根据实时温度来控制通风机的启停，实现一级余热回收的可控调节；二级余热回收通过在出水管路上设置测温点，测温点的数据实时上传至BMS，BMS可以根据出水温度来控制进水阀门的启停，实现二级余热回收的可控调节；此外，在缓冲水罐中设置高液位和低液位传感器，传感器数据实时上传至BMS，当缓冲水罐液位达到满液位时，BMS下达一级余热回收通风机和二级余热回收进水阀门关闭指令，当缓冲水罐液位低于低液位时，BMS下达一级余热回收通风机和二级余热回收进水阀门开启指令，实现全自动化控制，且此一、二级联合控制优先级高于一级余热回收和二级余热回收控制，只有当一、二级联合控制允许一级余热回收通风机和二级余热回收进水阀门开启指令下达后一级余热回收控制和二级余热回收控制才可以自行发挥作用。
功率单元设备和容量单元设备运行过程中产生较多热量，通过排风设备4将设备内部热量带出，用于风冷换热器5对冷水换热，提高冷水温度；电解液储罐周围设置模块式盘管换热器16，将储液罐周围热量进一步回收，提高冷水温度；基础冷水通过一、二级余热回收提高冷水温度，汇流进入缓冲水罐6，在经过热泵机组8将水温再次加热到60℃，供应宿舍及厨房用水，整个系统通过三级热能回收，解决了系统冷却问题，同时提高了热泵工作效率，降低电耗。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用发明和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。
Claims (6)
1.全钒液流电池散热及热能回收一体化装置,其特征在于：包括功率单元集装箱(1)中的电堆及容量单元集装箱(2)内的电解液储罐，所述电堆通过管路与电解液储罐连接；
一级余热回收系统包括通风机(3)及风冷换热器(5)，功率单元集装箱(1)和容量单元集装箱(2)内部的热空气通过排风管(4)上的通风机(3)输送至风冷换热器(5)，与风冷换热器(5)的进口连通的冷水管(6)进行换热，风冷换热器(5)的出口连至缓冲水罐(7)；
二级余热回收系统包括电解液储罐外侧设置的散热盘管(8)，散热盘管(8)的冷水进口与冷水管(6)连接，散热盘管(8)的温水出口与缓冲水罐(7)连接，与一级余热回收后的冷介质进行混合；
三级余热回收系统包括蒸发器(9)及热泵机组(10)，容量单元集装箱(2)内部的蒸发器(9)与热泵机组(10)连接，热泵机组(10)与板式换热器(11)连接，高品位热介质通过板式换热器(11)与缓冲水罐中的冷介质水进行热交换，制取的热水进入热水储罐(12)进行储存。
2.根据权利要求1所述的全钒液流电池散热及热能回收一体化装置,其特征在于：所述通风机(3)通过通风机控制器电性连接至BMS系统。
3.根据权利要求1所述的全钒液流电池散热及热能回收一体化装置,其特征在于：所述功率单元集装箱(1)和容量单元集装箱(2)顶部均设有进风口(13)且内部均设有风道(14)，风道(14)通过排风口(15)与排风管(4)连通。
4.根据权利要求1所述的全钒液流电池散热及热能回收一体化装置,其特征在于：所述热泵机组(10)与蒸发器(9)、热泵机组(10)与板式换热器(11)之间均设有定压补水箱(16)。
5.根据权利要求1所述的全钒液流电池散热及热能回收一体化装置,其特征在于：所述热水储罐(12)通过溢流阀与溢流储罐(17)连接，热水储罐(12)及溢流储罐(17)分别连接至洗浴系统，溢流储罐(17)连接至厨房系统。
6.根据权利要求1所述的全钒液流电池散热及热能回收一体化装置,其特征在于：所述散热盘管(8)的冷水进口与冷水管(6)之间设有电动阀门(18)。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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