CN202423473U - 一种胶管蠕动泵式电解液循环系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电池类电堆电解液循环系统的结构设计，在两个以上单体组成的电堆中，电堆两端分别串接一台多通道胶管蠕动泵，原则是多通道胶管蠕动泵的每个通道对应电堆中的每一个单体，用绝缘的管道连接，使每一个单体中的电解液通道在两台多通道胶管蠕动泵间各自独立，两台多通道胶管蠕动泵的另两端分别通过分流器和集流器接入电解液公共通道两端的电解液循环系统。本实用新型的特点是运用胶管蠕动泵的绝缘脉断流特性切断了电解液公共通道与单体通道间的电流回路，同时也保障了每个单体间电解液的相互绝缘。没有电堆连液短路带来的能量损耗问题，同时不用阀门切换，可靠性高，可集成模块化生产，方便组合更大电堆。

Description

一种胶管蠕动泵式电解液循环系统

技术领域

本发明涉及化学电源电堆的结构设计，特别是电池类电堆的电解液循环系统。 

背景技术

随着能源、环保储能需求和科学技术的发展，各种电化学发电电堆研发的越来越多，组态功率越来越大。也就是说，电堆的组合组数越来越多。然而，现有的许多电堆系统，无论是燃料电池、液流电池、铝空还是锌空(ZAFC)电堆等等，电堆结构大都采用双极板式单体并排夹联形式，无论是气相流还是液相流均大都采用与公共通道总并联的形式。气相流采用并联方式无可厚非，因为气相分子大，密度低，导电率较低，不用考虑对单体间、模组间、电堆间的电子流短路问题。而液相间并联，由于电堆中的电压梯度是单体电压串联的结果，电解液无论是碱性、酸性、中性、还是离子液的电解液，肯定是良好的电子载体，否则电堆也无法工作，加之这种并排夹连式电堆液桥距离很短，电解液连液短路和液桥短路现象严重，造成自放电和能量损耗。因而，电堆组态越多电压组态越高由此造成的能量损失也越大。连液短路的实质就是：连液电阻不通过正常放电回路而通过电解液支路和公用电液分配管道内漏电流，导致库伦损失，由于内漏电流在各单体中的不均匀分布，引起各单体电压的不均匀，连带 影响电堆的运行效率，严重时会造成电极腐蚀、反极、危险气体组合甚至造成事故。这是一个多少年来制约化学电源类电堆发展和效率难以提高的结构性矛盾和难题，对于这种电解液连液短路问题，现有的方法： 

1.在电堆每个单体通道上安装旋转叶轮和电磁阀法，目的是破坏电解液流进流出的连续性，用电磁阀切换保证同一时刻在整个电堆中只有一个单体电解液阀门开启，可是由于是电解液内有运动部件，运行可靠性太低，同时叶轮上的液流切换又无法保证一定意义高电阻状态的稳定实现，往往是电解液短路现象依然在单体单侧存在，当电堆多组态运行时，液流切换周期和液流速度无法保障，实验运行表明，这种方法只是一种概念，没有实用价值。 

2.辅助电极法，就是在电解液总管两端加上辅助电极，用一个与漏电流大小相等电流相反的电流控制相应的漏电不均现象，但这种方法对连液短路损耗没有降低反而是增加了整体电堆的电能损耗。 

3.离子阻抗法，就是通过在电解液中添加阻化剂等方法控制离子阻抗以减小连液内阻，但这种方法同时也带来了电堆总能效下降等其它问题。 

4.单体自身电解液循环系统全部独立法，这种方法太繁琐，造成总泵耗(在40％以上)太高，，结构繁杂，体积大，可操作性太低，无法实用。 

另外还有螺旋形流体分配槽法和电解液进出点等距对分法等等，总之，现有的方法单从结构上来说，都没有可靠解决电解液连液造成的电流短路问题，因而，以上这些，也是造成现有各类化学电堆结构和性能与实际应用和产业化 距离太远的原因之一。 

发明内容

1.为解决上述不足，本发明的目的在于提供一种在单体间通道独立，在单体通道和电堆公用通道间始终是即相连又相对绝缘，并始终能保持相对断路状态下的液相输送，同时不需要另配阀门切换的电解液循环技术。我们将这种技术起初称之为胶管断液泵法，最后定义为胶管蠕动泵法。具体内容就是在两个以上单体组成的电堆两端分别串接一台具有绝缘脉断流特性的多通道胶管蠕动泵，原则是多通道胶管蠕动泵的每个通道对应电堆中的每一个单体，通过单体对应管道独立连接，使每一个单体中的电解液通道在两台多通道胶管蠕动泵间各自独立，两台多通道胶管蠕动泵的另两端分别连接对应的分流器和集流器，分流器和集流器的另一侧通过公共通道接入电解液存储及处理装置两端。 

本发明的特点是运用胶管蠕动泵的绝缘脉断流特性切断了电解液公共通道与单体通道间的电流回路，既要保障电解液系统的可靠循环，同时也要保障每个单体间电解液的相互绝缘。没有电堆连液短路带来的能量损耗问题，同时不用阀门切换，可靠性高，可结构性集成和模块化生产，方便组合更大电堆。 

其次是解决耐酸碱、耐腐蚀，泵压适宜，极限压力安全，耐温性好，泵室(胶管)与泵体分离互不污染，泵室(胶管)允许电解液中有一定径级的悬浊微粒，泵室(胶管)允许电解液有一定范围的胶体或气液混合体，可以空转，也可以反转，维护方便、易损件可快速更换、成本低，以及每个单体通道运行 流量可调、泵耗低、重量轻，适宜密封单体也适宜敞口单体等等问题。为实现上述目的，用本发明特制的多通道胶管蠕动泵电解液循环系统，一举多得的解决了以上这些问题。同时也解决了传统蠕动泵效率过低，胶管运行周期时间短的毛病，实际运行表明泵耗可以控制在5％左右。一定意义上讲，为今后各类化学发电电堆尤其是电解液循环系统的发展奠定了结构性基础。 

附图说明

图1为本发明胶管蠕动泵式电解液循环系统的结构示意图 

图2为本发明胶管蠕动泵式电解液循环系统的实施方式图 

图3为本发明涉及的关键部件胶管蠕动泵的绝缘脉断流特性及原理图 

胶管蠕动泵式电解液循环系统结构：见图1 

1.两个以上单体的电堆，2.单体对应管道，3.多通道胶管蠕动泵1，4.多通道胶管蠕动泵2，5.电解液公共通道，6.集流器，7.分流器，8.公共的电解液存储及处理装置。 

该系统由在两个以上单体组成的电堆1两端分别串接一台具有绝缘脉断流特性的多通道胶管蠕动泵3、4，原则是多通道胶管蠕动泵的每个通道对应电堆中的每一个单体，通过单体对应管道2独立连接，使每一个单体中的电解液通道在两台多通道胶管蠕动泵3、4间各自独立，两台多通道胶管蠕动泵3、4的另两端分别连接对应的分流器7和集流器6，分流器7和集流器6的另一侧通过 公共通道5接入电解液存储及处理装置8两端而组成。 

该系统的功能体现就是运用胶管蠕动泵的绝缘脉断流特性切断了电解液公共通道与单体通道间的电流回路，保障电解液系统的可靠循环，同时也保障了每个单体间电解液的相对绝缘，防止电流连液短路。 

具体实施方式  见图2 

多单体电堆11，多通道蠕动泵a12，多通道蠕动泵b13，单体连接通道14，电解液公共通道15，电解液回收舱16，电解液处理舱17标准电解液舱18，电解液分配器19，电解液集流器20组成。 

胶管蠕动泵式电解液循环系统的电解液流程：标准电解液舱18中的电解液通过公共通道15a→电解液分配器→多通道蠕动泵a12→单体通道14a→多单体电堆11→单体通道14b→多通道蠕动泵b13→电解液集流器20→电解液公共通道15b→电解液回收舱16→电解液处理舱17→标准电解液舱18，形成电解液循环闭合回路。 

本发明涉及的关键部件胶管蠕动泵的绝缘脉断流特性及原理：见图3 

胶管蠕动泵，又名胶管泵、蠕动泵、挤压泵。图3中的三个分图是胶管蠕动泵转子一个转动周期中的3个时间窗口图。 

其特点是基于胶管蠕动泵的特殊结构，在胶管蠕动泵中有鼠笼式转子3，鼠笼式转子3上均布有三个以上同样的笼式的导条，导条是可转动的凸块式辊轮4，泵体上盖为内弧形定子1，在内弧形定子1与鼠笼式转子3的缝隙之间固定有弹性 胶管2。在内弧形定子与鼠笼式转子3上的凸块辊轮4平时将胶管挤扁锁闭，此时胶管中的流体被凸块滚轮4挤压下的胶管柔性锁闭形成了挤压切断点5。当转子3向胶管出口方向8转动时，运转在转子3与弧形定子间的所有凸块辊轮同方向挤压胶管，使胶管产生蠕动式的段落性锁闭。被锁闭在胶管中原本连通的流体被胶管产生的段落性闭锁强迫分离成一个个相互绝缘性的脉断流，这就是蠕动泵的绝缘脉断流特性及原理。具体泵送的流程是：当胶管上的挤压切断点5随转子3的转动向出口方向移动到挤压切断点5被释放前，另一个凸块辊轮6在胶管入口端7方向也将胶管柔性锁闭又产生了一个挤压切断点，随着转子3的继续转动，这时前一个凸块辊轮4已转动到释放胶管的角度，出口端胶管中的流体9被后一个凸块辊轮的挤压从胶管的出口端8方向流出，此时入口端7方向释放的胶管依靠胶管弹性自行复圆，在胶管内产生局部真空，真空产生了相应的吸力以填补胶管内部空间，从而再将入口端7的流体吸入到管内------。这样随着转子3的转动和始终有一个以上凸块辊轮在胶管上的挤压与释放的周而复始，就在泵室(胶管)中产生了蠕动性的脉断流泵送效应。 

多通道胶管蠕动泵大多是多个单泵头同轴并排的组合体，单一通道的内弧形定子1可上下滑动，通过内弧形定子滑动的距离调节胶管被挤压的程度，每个单泵头上均有一个控制内弧形定子滑动距离的调节杆10，调节杆10的不同角度可调节流量，便于各单体间的流量均恒和独立控制。同理通过泵头调节杆10的不同角度调节，还可悬空释放胶管，以便可单独更换胶管。同时悬空释放胶 管还有一个设计目的和功能，就是用于电堆长时间停用和备用时，防止胶管长时间被凸块滚轮压迫造成弹性降低或胶管变形。 

胶管蠕动泵的运行如同肠道一样的运行原理，结构简单，内壁光滑、运行可靠。因此，胶管蠕动泵可用于输送黏度较大或有一定径级悬浊微粒的电解液和其他流体电介质。在泵体内的下部装有特殊设计的复合硅油用来降低温度，润滑胶管，防止氧化，从而使胶管使用寿命更长(大于10000小时)。在泵体中，由于电解液介质只接触胶管而不接触其它部件，因而不会产生任何交叉污染。泵体用聚苯硫醚等塑钢材料注塑制造，本质绝缘，耐酸碱。因此这种胶管蠕动泵式电解液循环系统，只要介质温度和环境允许，适合多种电池类电堆的电解液循环系统。 

Claims (1)

1.一种胶管蠕动泵式电解液循环系统，其特征是：在两个以上单体组成的电堆两端分别串接一台具有绝缘脉断流特性的多通道胶管蠕动泵，原则是多通道胶管蠕动泵的每个通道对应电堆中的每一个单体，通过单体对应管道独立连接，使每一个单体中的电解液通道在两台多通道胶管蠕动泵间各自独立，两台多通道胶管蠕动泵的另两端分别连接对应的分流器和集流器，分流器和集流器的另一侧通过公共通道接入电解液存储及处理装置两端。 

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