CN116404203B - 一种具备换热功能的电解液储罐 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具备换热功能的电解液储罐，属于电解液储罐技术领域，包括：罐体及换热部件，罐体包括内层及外层，内层的内部形成一供以储放电解液的储液腔，外层间隔套设于内层且两者之间分别形成有一存放冷源的冷源腔及一存放热源的热源腔，冷源腔及热源腔内分别设置有制冷装置及制热装置；换热部件包括第一换热件、第二换热件及回流件，第一换热件及第二换热件的换热部分别置于冷源腔及热源腔，且换热部的进口及出口分别连通于回流件及储液腔，回流件置于储液腔的中部且其内部具有一与储液腔连通的空腔；本发明同时具备储存电解液以及对电解液进行热交换的功能，能够快速实现对电解液的降温或升温，以使电解液保持在合适的温度范围内。
Description
技术领域
本发明涉及电解液储罐技术领域，尤其是涉及一种具备换热功能的电解液储罐。
背景技术
液流电池储能系统是一种新型的绿色环保化学电池储能，它具有安全性好、使用寿命长、功率和容量可独立设计、无自放电、实现瞬间充电等诸多优点，能够有效平滑风力发电、光伏发电等可再生能源发电的波动，保证可再生能源发电系统的稳定供电，同时也能够实现电网的削峰填谷、系统调频以及跟踪发电计划出力，在电网级大规模储能领域具有广阔的应用前景。
工作时，正负极电解液通过循环泵导入液流电池中并在电极上发生氧化还原反应，电池正负电极之间以离子交换膜隔开。液流电池工作时会产生较高热量，导致电解液温度过高，会导致五氧化二钒在电解液中析出，对于全钒液流电池，当电堆温度过低时，电池的负极电解液中的二价钒离子和三价矾离子会生成沉淀而析出，附在碳毡上并堵塞循环泵，降低液流电池的充放电效率，甚至导致电池无法正常工作，因此需要对电解液进行温度控制。
公开号为CN202444018U提供了一种带余能回收装置的液流电池系统，包括电堆、负极储罐和正极储罐，负极储罐和正极储罐为一体化设计，负极储罐通过供液管路与负极供液泵连接，负极供液泵与换热器连接，换热器与电堆的负极连接，电堆通过排液管路与负极储罐上的负极电解液入口连接；现有的液流电池系统一般在电解液储罐外设置换热器，利用散热管引出后使电解液与换热器进行热交换，实现降温，且在实际使用中，正极电解液与负极电解液不能够混合，需对正极电解液与负极电解液等分别进行降温，因此通常需要设置各种热交换装置，实施成本高，占地面积大。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种具备换热功能的电解液储罐，解决现有技术中的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种具备换热功能的电解液储罐，包括：
罐体，罐体包括内层及外层，内层的内部形成一供以储放电解液的储液腔，外层间隔套设于内层且两者之间分别形成有一存放冷源的冷源腔及一存放热源的热源腔，冷源腔及热源腔内分别设置有制冷装置及制热装置；
换热部件，换热部件包括第一换热件、第二换热件及回流件，第一换热件及第二换热件的换热部分别置于冷源腔及热源腔，且换热部的进口及出口分别连通于回流件及储液腔，回流件置于储液腔的中部且其内部具有一与储液腔连通的空腔，以供罐体内电解液能够通过第一换热件或第二换热件与冷源腔或热源腔换热、再通过回流件排至储液腔的中部。
在一些实施例中，冷源腔及热源腔分别布置于内层的两侧。
在一些实施例中，第一换热件包括冷源管及第一水泵，冷源管的一端与罐体的底端连接并与储液腔连通、其另一端经由冷源腔后延伸至罐体的顶端并与回流件连通；
第二换热件包括热源管及第二水泵，热源管的一端与罐体的底端连接并与储液腔连通、其另一端经由热源腔后延伸至罐体的顶端并与回流件连通。
在一些实施例中，冷源管的其中一部分由冷源腔的一侧至另一侧依次弯曲延伸，热源管的其中一部分由热源腔的一侧至另一侧依次弯曲延伸。
在一些实施例中，换热部件还包括两个过滤件，两个过滤件分别布置于冷源管及热源管上，供以过滤电解液中的沉淀物。
在一些实施例中，各过滤件均包括管体、两个定位件及过滤框，管体的两端均与冷源管或热源管可拆卸连接，两个定位件分别设于管体内部的两端且定位件的内部均开设有通口，过滤框设于两定位件之间，且过滤框的一端设置有开口，其开口端与其中一通口连通。
在一些实施例中，回流件包括一竖直布置于储液腔内的固定管，固定管具有两个分别与第一换热件及第二换热件连通的进水口，固定管的周侧均匀开设有多个出水孔。
在一些实施例中，制冷装置及制热装置分别包括半导体制冷片及电加热管。
在一些实施例中，电解液储罐还包括一隔温层，隔温层设于内层的外侧，且其与内层之间还形成有环绕储液腔布置的换热腔，换热腔与冷源腔以及热源腔之间分别对应设置能够开合引流的第一连接件及第二连接件，以供换热腔能够分别与冷源腔以及热源腔连通；
其中，当电解液通过第一换热件换热时，第一连接件为开启状态；当电解液通过第二换热件换热时，第二连接件为开启状态。
在一些实施例中，第一连接件包括两个第一管道、第一阀门及第一输送泵，两个第一管道分别设于内层一侧的相对两端，且两个第一管道的一端均与储液腔连通、另一端延伸至冷源腔内，其中一第一管道上设置有第一阀门，第一输送泵的进水口与冷源腔连通、其出水口与另一第一管道相连；
第二连接件包括两个第二管道、第二阀门及第二输送泵，两个第二管道分别设于内层一侧的相对两端，且两个二管道的一端均与储液腔连通、另一端延伸至热源腔内，其中一第一管道上设置有第二阀门，第二输送泵的进水口与热源腔连通、其出水口与另一第二管道相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过设置的罐体及换热部件，在储液腔内电解液的温度高于或低于目标温度范围时，能够及时利用第一换热件及第二换热件将电解液分别引流至经由冷源腔或热源腔进行热交换，使本发明同时具备储存电解液以及对电解液进行热交换的功能，不额外增加外部占用空间，能够快速实现对电解液的降温或升温，以使电解液保持在合适的温度范围内；
通过设置的回流件，能够将热交换后回流的电解液导入至储液腔的中部，以便于电解液在中部进行扩散，使储液腔内的电解液保持温度均衡。
附图说明
图1是本发明提供的具备换热功能的电解液储罐一实施例的立体结构示意图；
图2是图1中的具备换热功能的电解液储罐的主视剖面结构示意图；
图3是图1中的具备换热功能的电解液储罐的俯视剖面结构示意图；
图4是本发明提供的具备换热功能的电解液储罐一实施例的第一换热件的结构示意图；
图5是本发明提供的具备换热功能的电解液储罐一实施例的第一换热件的结构示意图；
图6是图1中的具备换热功能的电解液储罐的回流件的主视剖面结构示意图；
图7是图1中的具备换热功能的电解液储罐的过滤件的主视剖面结构示意图；
图8是图1中的具备换热功能的电解液储罐的过滤件的侧视剖面结构示意图。
图中：
1、罐体；11、内层；12、外层；13、储液腔；14、冷源腔；15、热源腔；16、制冷装置；17、制热装置；18、进液管；19、出液管；
2、换热部件；21、第一换热件；211、冷源管；212、第一水泵；22、第二换热件；221、热源管；222、第二水泵；23、回流件；231、固定管；232、出水孔；24、过滤件；241、管体；242、定位件；243、过滤框；244、清洁环；245、微型电机；246、螺杆；247、滑杆；
3、隔温层；31、换热腔；32、第一连接件；321、第一管道；322、第一阀门；323、第一输送泵；33、第二连接件；331、第二管道；332、第二阀门；333、第二输送泵。
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。
如图1至图3所示，本发明提供了一种具备换热功能的电解液储罐，包括：罐体1及换热部件2。
罐体1包括内层11及外层12，内层11的内部形成一供以储放电解液的储液腔13，外层12间隔套设于内层11且两者之间分别形成有一存放冷源的冷源腔14及一存放热源的热源腔15，冷源腔14及热源腔15内分别设置有制冷装置16及制热装置17。
换热部件2包括第一换热件21、第二换热件22及回流件23，第一换热件21及第二换热件22的换热部分别置于冷源腔14及热源腔15，且换热部的进口及出口分别连通于回流件23及储液腔13，回流件23置于储液腔13的中部且其内部具有一与储液腔13连通的空腔，以供罐体1内电解液能够通过第一换热件21或第二换热件22与冷源腔14或热源腔15换热，再通过回流件23排至储液腔13的中部。
本装置中，将内层11的内部设置成供以储放电解液的储液腔13，并在内层11的外侧设置外层12，将两者之间分隔出一存放冷源的冷源腔14及一存放热源的热源腔15，并在冷源腔14及热源腔15内分别设置用于制冷的制冷装置16以及用于制热的制热装置17，当储液腔13内电解液的温度高于目标温度范围时，电解液能够通过设置的第一换热件21经流至冷源腔14，与冷源腔14内的冷源进行热交换进行散热后，通过回流件23向储液腔13的中部排放；当储液腔13内电解液的温度低于目标温度范围时，电解液能够通过设置的第二换热件22经流至热源腔15，与热源腔15内的热源进行热交换升温后，通过回流件23向储液腔13的中部排放，从而能够快速实现对电解液的降温或升温，能够使电解液保持在合适的温度范围内。
进一步，罐体1上均分别设置有与储液腔13连通的进液管18及出液管19，以便于对电解液的使用，实际使用时，储液腔13、冷源腔14、热源腔15内均设置温度传感器，以实现对冷源、热源及电解液的温度监控，以便于对冷源热源的及时制冷或制热，从而在电解液需降温或升温时能够及时供应。
如图2所示，在一些实施例中，制冷装置16及制热装置17分别包括半导体制冷片及电加热管，此时冷源及热源分别为制冷液体和制热液体。
进一步的，制冷装置16还可为由压缩机、膨胀阀、蒸发器、冷凝器和附件、管路等组成的制冷机，制热装置17还可为电加热阻丝等。
如图2、图3所示，在一些实施例中，电解液储罐还包括一隔温层3，隔温层3及外层12均为由铁皮、铝皮、玻璃钢等制成，且内部设置有岩棉、玻璃棉、复合硅酸盐等纤维类的保温材料，内层11则由普通的铁皮、铝皮、玻璃钢等不具备保温的材料制成，隔温层3设于内层11的外侧，且其与内层11之间还形成有环绕储液腔布置的换热腔31，换热腔31与冷源腔14以及热源腔15之间分别对应设置能够开合引流的第一连接件32及第二连接件33，以供换热腔31能够分别与冷源腔14以及热源腔15连通；
其中，当电解液通过第一换热件21换热时，第一连接件32为开启状态；当电解液通过第二换热件22换热时，第二连接件33为开启状态。
使得本发明在电解液通过换热部件2换热的过程中，当电解液通过冷源管211与冷源腔14内冷源进行换热时，第一连接件32为开启状态，此时第二连接件33为关闭状态，以使冷源腔14与换热腔31连通，此时第一连接件32能够将冷源供应至换热腔31内，以使冷源能够直接在换热腔31内与储液腔内的电解液进行热交换；当电解液通过热源管221与热源腔15内热源进行换热时，第二连接件33为开启状态，此时第一连接件32为关闭状态，以使热源腔15与换热腔31连通，此时第二连接件33能够将热源供应至换热腔31内，以使热源能够直接在换热腔31内与储液腔内的电解液进行热交换；使得本装置不仅可利用换热部件2将电解液换热后向储液腔13中部导入，同时还可利用换热腔31实现与储液腔13外侧电解液的换热，进一步提高了对电解液的换热效果；并且设置能够与冷源腔14或热源腔15连通的换热腔31，以使冷源腔14和热源腔15内介质具有流动性，其对冷源或热源的导流混合作用，以便于快速实现对冷源的制冷及对热源的制热。
进一步的，在一些实施例中，当冷源和热源均为液体时，第一连接件32包括两个第一管道321、第一阀门322及第一输送泵323，两个第一管道321分别设于内层11靠近冷却源腔一侧的顶端及底端，且两个第一管道321的一端均与储液腔13连通、另一端贯穿内层11及隔热层延伸至冷源腔14内，其中一第一管道321上设置有第一阀门322，第一输送泵323的进水口与冷源腔14连通、其出水口与另一第一管道321相连通，通过第一输送泵323能够提供动力将冷却液体通过第一管道321输送至换热腔31内，以实现冷却水与电解液的换热，同时冷却液体能够通过另一第一管道321排放至冷源腔14内，实现对电解液的循环冷却；
第二连接件33包括两个第二管道331、第二阀门332及第二输送泵333，两个第二管道331分别设于内层11靠近热源腔15一侧的顶端及底端，且两个二管道的一端均与储液腔13连通、另一端贯穿内层11及隔热层延伸至热源腔15内，其中一第一管道321上设置有第二阀门332，第二输送泵333的进水口与热源腔15连通、其出水口与另一第二管道331相连，通过第二输送泵333能够提供动力将制热液体通过第二管道331输送至换热腔31内，以实现热水与电解液的换热，同时制热液体能够通过另一第二管道331排放至热源腔15内，实现对电解液的循环加热。
进一步的，第一阀门322、第一输送泵323及第一水泵212通过一个控制器进行同步控制开合，第一阀门322、第一输送泵323及第一水泵212通过另一个控制器进行同步控制开合。
如图3所示，在一些实施例中，内层11与外层12之间的左右两部分被分隔板分隔下形成冷源腔14和热源腔15，以使冷源腔14及热源腔15分别布置于内层11的两侧。
在其他实施例中，还可在内层11与外层12之间的上下两部分进行分隔(图中未示出)，以使冷源腔14及热源腔15分别布置于内层11的外侧的上部分和下部分。
如图2、图4、图5所示，在一些实施例中，第一换热件21包括冷源管211及第一水泵212，冷源管211的一端与罐体1的底端连接并与储液腔13连通、其另一端经由冷源腔14后延伸至罐体1的顶端并贯穿内层11和外层12与回流件23连通，为了提高换热效果，将冷源管211的其中一部分由冷源腔14的一侧至另一侧依次弯曲延伸，使冷源管211形成一蛇形管，以使能够利用第二水泵222产生动力通过冷源管211引流，引流过程中，该设置能够将冷源管211延长，以增长了冷源管211内的电解液与冷源进行热交换的时间；
第二换热件22包括热源管221及第二水泵222，热源管221的一端与罐体1的底端连接并与储液腔13连通、其另一端经由热源腔15后延伸至罐体1的顶端并贯穿内层11和外层12与回流件23连通，为了提高换热效果，将热源管221的其中一部分由热源腔15的一侧至另一侧依次弯曲延伸，使热源管221形成一蛇形管，以使能够利用第二水泵222产生动力通过热源管221引流，引流的过程中，该设置能够将热源管221延长，以增长了热源管221内的电解液与热源进行热交换的时间。
进一步的，冷源管211及热源管221可分别在冷源腔14及热源腔15内、由冷源腔14或热源腔15的左侧至右侧弯曲延伸(如图4所示)，或由下端至上端进行依次弯曲延伸(如图5所示)。
如图2、图6所示，在一些实施例中，回流件23包括一竖直布置于储液腔13内的固定管231，固定管231的一端与内层11顶端的中部固定连接、固定管231的另一端向下延伸并进行封口，且固定管231具有两个分别与冷源管211及热源管221连通的进水口，其周侧均匀开设有多个出水孔232，以使经过热交换的电解液会由固定管231的进水口进入到固定管231的内部，并在其内部通过固定管231周侧布置的出水孔232向储液腔13内分散排放，以便于经过热交换的电解液快速在储液腔13内扩散，能够实现对电解液的快速升温、降温，还便于提高罐体1内部温度传感器检测电解液温度的准确性。
如图2、图7所示，在一些实施例中，换热部件2还包括两个过滤件24，两个过滤件24分别布置于冷源管211及热源管221上，供以过滤电解液中的沉淀物，从而能够在热交换的过程中将沉淀物过滤，以避免管道堵塞。
进一步的，如图7所示，在一些实施例中，各过滤件24均包括管体241、两个定位件242及过滤框243，管体241的两端均与冷源管211或热源管221的一端部螺纹连接，并设置密封胶带进行密封，以使过滤件24能够与冷源管211或热源管221进行拆卸，以便对过滤件24的更换及清洁，两个定位件242分别固定设于管体241内部的两端且两个定位件242的内部均开设有通口，过滤框243设于两个定位件242之间，且过滤框243的一端设置有开口，其开口端与其中一定位件242的通口连通并与该定位件242固定连接，过滤框243背离开口的一端为过滤件24的进液端，过滤框243设置开口的一端为过滤件24的出液端，以使电解液由过滤件24的进液端流至管体241的内部，并通过过滤框243的外侧过滤流向其内侧，并再通过与其开口连通的通口外排，实现对电解液的过滤，且过滤框243的外表面为过滤面，该设置能够避免过滤框243快速被堵塞，以延长过滤框243的使用时间；
进一步的，如图8所示，在过滤框243的外侧设置有清洁环244，清洁环244套设在过滤框243的外侧并能够沿过滤框243的长度方向移动，且清洁环244的内表面与过滤框243的外表面贴合，管体241内还设置有供以驱动清洁环244沿过滤框243的长度方向平移的驱动件，驱动件包括微型电机245及螺杆246，螺杆246横设在管体241的内部并与清洁环244螺纹连接，微型电机245与螺杆246固定连接，管体241内还设置有与清洁环244滑动连接的滑杆247，以使微型电机245驱动螺杆246转动时可驱动清洁环244移动以清理过滤框243表面的过滤物，此外，驱动件还可为电动伸缩杆等。
工作原理：当储液腔13内电解液的温度高于目标温度范围时，第一水泵212、第一输送泵323及第一阀门322打开，电解液能够通过第一水泵212被抽至冷源管211内，电解液经流至冷源腔14时，与冷源腔14内的冷源进行热交换，再流至固定管231通过固定管231的出水口分散至向储液腔13的中部排放，同时第一输送泵323将冷却液体抽送到换热腔31，换热腔31内冷却液体由另一第一管道321回流至冷源腔14，实现冷源的循环输送，以使罐内电解液能够与换热腔31内冷却液体进行热交换降温；当储液腔13内电解液的温度低于目标温度范围时，第二水泵222、第二输送泵333及第二阀门332打开，电解液能够通过第二水泵222被抽至热源管221内，电解液经流至热源腔15时，与热源腔15内的热源进行热交换，再流至固定管231通过固定管231的出水口分散至向储液腔13的中部排放，同时第二输送泵333将制热液体抽送到换热腔31，换热腔31内制热液体由另一第二管道331回流至热源腔15，实现热源的循环输送，以使罐内电解液能够与换热腔31内制热液体进行热交换降温，从而能够快速实现对电解液的降温或升温，能够使电解液保持在合适的温度范围内。
本发明通过设置的罐体1及换热部件2，在储液腔13内电解液的温度高于或低于目标温度范围时，能够及时利用第一换热件21及第二换热件22将电解液分别引流至经由冷源腔14或热源腔15进行热交换，使本发明同时具备储存电解液以及对电解液进行热交换的功能，不额外增加外部占用空间，能够快速实现对电解液的降温或升温，以使电解液保持在合适的温度范围内。
本发明通过设置的回流件23，能够将热交换后回流的电解液导入至储液腔13的中部，以便于电解液在中部进行扩散，使储液腔13内的电解液保持温度均衡。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种具备换热功能的电解液储罐，其特征在于，包括：
罐体，所述罐体包括内层及外层，所述内层的内部形成一供以储放电解液的储液腔，所述外层间隔套设于所述内层且两者之间分别形成有一存放冷源的冷源腔及一存放热源的热源腔，所述冷源腔及所述热源腔内分别设置有制冷装置及制热装置；
换热部件，所述换热部件包括第一换热件、第二换热件及回流件，第一换热件及所述第二换热件的换热部分别置于所述冷源腔及所述热源腔，且所述换热部的进口及出口分别连通于回流件及储液腔，所述回流件置于所述储液腔的中部且其内部具有一与所述储液腔连通的空腔，以供罐体内电解液能够通过第一换热件或第二换热件与冷源腔或热源腔换热、再通过所述回流件排至所述储液腔的中部。
2.根据权利要求1所述的具备换热功能的电解液储罐，其特征在于，所述冷源腔及所述热源腔分别布置于所述内层的两侧。
3.根据权利要求1所述的具备换热功能的电解液储罐，其特征在于，所述第一换热件包括冷源管及第一水泵，所述冷源管的一端与所述罐体的底端连接并与储液腔连通、其另一端经由冷源腔后延伸至罐体的顶端并与所述回流件连通；
所述第二换热件包括热源管及第二水泵，所述热源管的一端与所述罐体的底端连接并与储液腔连通、其另一端经由热源腔后延伸至罐体的顶端并与所述回流件连通。
4.根据权利要求3所述的具备换热功能的电解液储罐，其特征在于，所述冷源管的其中一部分由冷源腔的一侧至另一侧依次弯曲延伸，所述热源管的其中一部分由热源腔的一侧至另一侧依次弯曲延伸。
5.根据权利要求3所述的具备换热功能的电解液储罐，其特征在于，所述换热部件还包括两个过滤件，两个所述过滤件分别布置于所述冷源管及热源管上，供以过滤电解液中的沉淀物。
6.根据权利要求3所述的具备换热功能的电解液储罐，其特征在于，各过滤件均包括管体、两个定位件及过滤框，所述管体的两端均与所述冷源管或所述热源管可拆卸连接，两个所述定位件分别设于所述管体内部的两端且所述定位件的内部均开设有通口，所述过滤框设于两所述定位件之间，且所述过滤框的一端设置有开口，其开口端与其中一通口连通。
7.根据权利要求1所述的具备换热功能的电解液储罐，其特征在于，所述回流件包括一竖直布置于所述储液腔内的固定管，所述固定管具有两个分别与所述第一换热件及所述第二换热件连通的进水口，所述固定管的周侧均匀开设有多个出水孔。
8.根据权利要求1所述的具备换热功能的电解液储罐，其特征在于，所述制冷装置及所述制热装置分别包括半导体制冷片及电加热管。
9.根据权利要求1所述的具备换热功能的电解液储罐，其特征在于，所述电解液储罐还包括一隔温层，所述隔温层设于所述内层的外侧，且其与所述内层之间还形成有环绕所述储液腔布置的换热腔，所述换热腔与所述冷源腔以及所述热源腔之间分别对应设置能够开合引流的第一连接件及第二连接件，以供所述换热腔能够分别与所述冷源腔以及所述热源腔连通；
其中，当电解液通过所述第一换热件换热时，所述第一连接件为开启状态；当电解液通过所述第二换热件换热时，所述第二连接件为开启状态。
10.根据权利要求9所述的具备换热功能的电解液储罐，其特征在于，所述第一连接件包括两个第一管道、第一阀门及第一输送泵，两个所述第一管道分别设于所述内层一侧的相对两端，且两个所述第一管道的一端均与储液腔连通、另一端延伸至所述冷源腔内，其中一所述第一管道上设置有第一阀门，所述第一输送泵的进水口与所述冷源腔连通、其出水口与另一所述第一管道相连；
所述第二连接件包括两个第二管道、第二阀门及第二输送泵，两个所述第二管道分别设于所述内层一侧的相对两端，且两个所述二管道的一端均与储液腔连通、另一端延伸至所述热源腔内，其中一所述第一管道上设置有第二阀门，所述第二输送泵的进水口与所述热源腔连通、其出水口与另一所述第二管道相连。
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