CN210296513U - 液流电池换热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种液流电池换热系统，包括：用于储存电解液的储液罐、用于对所述电解液散热的换热器、和用于提供冷却液的冷却系统，所述换热器设置于所述储液罐中，所述换热器通过管路与所述冷却系统连接。本实用新型构造简单，成本低廉，特别适应于现场无冷却液或预算有限的小型系统、电堆测试平台。

Description

液流电池换热系统

技术领域

本实用新型涉及液流电池领域，特别是涉及一种液流电池换热系统。

背景技术

近年来，风力发电和光伏发电高速发展，风光发电并网规格也越来越大，由于风光发电的间歇性和随机性的特点，大规模风光发电并网将影响一定区域内电网的稳定性。电力储能技术作为新能源接入领域的关键环节之一，能有效弥补风光发电的间歇性、波动性缺点。其中，全钒液流电池储能具有运行安全、循环寿命长、适用于大规模储能、绿色环保等优点，近来来日益得到重视。

钒电池的功率和容量相互独立，电池功率取决于电堆的功率，电池能量储存在电解液中。由此可见，电解液是全钒液流储能系统的核心。钒电池储能系统既需要高浓度的电解质溶液以实现电池的高能量密度，又要有高稳定性和高电化学活性以实现高倍率放电特性、电压效率、能量效率和低维护成本。

全钒液流储能电池工作时，正极产生两种价态离子V(IV)和V(V)，负极产生两种价态离子V(II)和V(III)，不同价态离子在一定温度下稳定性存在差异。在电堆中，正负极电解液存在交叉渗透，反映过程中会涉及热反应，特别是放电过程中，电堆发热更明显。温度的变化不仅会影响电解质本身的稳定性，更会对电极活性物质在电极上的电化学反应产生影响，从而影响电池性能。

因此，在实际应用中，随着充放电的进行，电解液的温度会持续升高，电解液及电池性能性能受到温度因素影响很大，电解液温度过高会使得正极电解液析出，流道堵塞，从而使电池性能急剧恶化，直至失效，所以在充放电的过程中，对系统的温度进行有效的控制显得十分关键，这是本领域面临的一个技术问题。

目前液流电池采用的换热方式主要有风冷和水冷；

专利CN201610653513中采用的是风冷换热器、制冷机组、蒸发器对液流电池进行换热，所述风冷换热器具有进风口、出风口、换热介质入口和换热介质出口；所述液流电池的电解液由所述换热介质入口流入，经过风冷换热后由所述换热介质出口流出；所述制冷机组制冷后产生低温冷媒流入至蒸发器；所述蒸发器具有空气入口、空气出口、冷媒入口和冷媒出口；由制冷机组流出的低温冷媒经所述冷媒入口进入蒸发器，并有冷媒出口回流至所述制冷机组；环境空气由所述空气入口进入蒸发器，经过所述蒸发器制冷后产生冷空气由所述空气出口流出至所述风冷换热器；由所述进风口流入的冷空气或者环境空气经过风冷换热后带走热量由所述出风口流出；

专利CN201110027748中采用的是水冷换热器，主要组成由循环水系统、制冷系统、补热装置和补水系统。其中，循环水系统用于对液流电池进行冷却或加热；制冷系统用于对循环水系统进行冷却；补热装置采用电加热，用于对循环水加热；补水装置用于对循环水系统进行补水。其中制冷系统包括蒸发器、换热器、压缩机等；

但是，上述技术都需要用到制冷系统，投入成本高，能量消耗高，降低了储能系统的总能量效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种液流电池换热系统，以解决至少一个上述技术问题。

为解决上述技术问题，作为本实用新型的一个方面，提供了一种液流电池换热系统，包括：用于储存电解液的储液罐、用于对所述电解液散热的换热器、和用于提供冷却液的冷却系统，所述换热器设置于所述储液罐中，所述换热器通过管路与所述冷却系统连接。

优选地，所述换热器采用圆形板框式结构。

优选地，所述换热器包括冷却液管束、顶板、底板和多个径向设置的竖板，所述竖板的一端与所述顶板连接、另一端与所述底板连接，所述冷却液管束的一端通过所述顶板上的第一通孔后以螺旋方式依次穿过所述竖板上的通孔，所述冷却液管束的一端再由所述顶板上的第二通孔穿出。

优选地，所述冷却系统包括水塔和水泵，所述水塔的出水口通过所述水泵与所述冷却液管束的一端连接，所述冷却液管束的另一端与所述水塔的回水口连接。

优选地，所述冷却液管束与所述水塔之间的连接管路通过接头连接。

优选地，所述储液罐包括罐体和顶盖，所述顶盖可拆卸地安装在所述罐体上。

优选地，所述顶盖上设置有人孔盖，所述管路穿过所述人孔盖。

优选地，所述冷却液管束采用PTFE或PP材料制成。

优选地，所述冷却液为自来水或冰冻盐水。

优选地，所述顶盖的上设置有插入所述罐体中的固定杆，所述换热器通过所述固定杆固定在所述储液罐中。

由于采用了上述技术方案，本实用新型构造简单，成本低廉，特别适应于现场无冷却液或预算有限的小型系统、电堆测试平台。

附图说明

图1示意性示出了本实用新型的剖视图；

图2示意性示出了换热器的示意图；

图3示意性示出了接头的示意图；

图4示意性示出了竖板的示意图；

图5示意性示出了本实用新型的整体结构示意图；

图6示意性示出了实验数据图。

图中附图标记：1、储液罐；2、换热器；3、冷却液管束；4、顶板；5、底板；6、竖板；7、水塔；8、接头；9、罐体；10、顶盖；11、人孔盖；12、固定杆。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本实用新型的一个方面，提供了一种液流电池换热系统，包括：用于储存电解液的储液罐1、用于对所述电解液散热的换热器2、和用于提供冷却液的冷却系统，所述换热器2设置于所述储液罐1中，所述换热器2通过管路与所述冷却系统连接。

本实用新型在液流储能系统的储液罐1的内部安装换热器2，不增加系统所占体积，也不会增加液流电池电解液的流动阻力损失。储液罐1的内部介质为电解液，换热器内部介质为冷却液，换热器的进、出口通过管道连接冷却系统，通过冷却液的不断循环，带走储液罐1内部电解液的热量，达到散热的效果。

由于采用了上述技术方案，本实用新型构造简单，成本低廉，特别适应于现场无冷却液或预算有限的小型系统、电堆测试平台。

优选地，所述换热器2采用圆形板框式结构。例如，在一个实施例中，优选地，所述换热器2包括冷却液管束3、顶板4、底板5和多个径向设置的竖板6，所述竖板6的一端与所述顶板4连接、另一端与所述底板5连接，所述冷却液管束3的一端通过所述顶板4上的第一通孔后以螺旋方式依次穿过所述竖板6上的通孔，所述冷却液管束3的一端再由所述顶板4上的第二通孔穿出。通过这种螺旋式盘旋地安装，冷却液管束3形成一个螺旋状结构，以利于增大换热面积，提高换热效率。

优选地，所述储液罐1包括罐体9和顶盖10，所述顶盖10可拆卸地安装在所述罐体9上。优选地，所述顶盖10上设置有人孔盖11，所述管路穿过所述人孔盖11。人孔盖11不但具有常规的功能，还具有穿设管路的作用。

优选地，所述顶盖10的上设置有插入所述罐体9中的固定杆12，所述换热器2通过所述固定杆12固定在所述储液罐1中。固定杆12优选地为PVC硬管。

优选地，换热器2耐腐蚀材料制成，特别地，所述冷却液管束3采用PTFE或PP材料等耐腐蚀材料制成。优选地，所述冷却液管束3与所述接头8通过热熔工艺熔接，以保证密封连接性。

优选地，所述冷却系统包括水塔7和水泵，所述水塔7的出水口通过所述水泵与所述冷却液管束3的一端连接，所述冷却液管束3的另一端与所述水塔7的回水口连接。水塔里面装满常温自来水或冰冻盐水即可用作冷却液，不需要流动水源和制冷系统。优选地，所述冷却液管束3与所述水塔7之间的连接管路通过接头8连接。

由于采用了水塔7的方式，因此本实用新型特别适用于没有水源的场所，考虑到此系统没有额外增加制冷系统，热量交换是靠电解液与自来水的温差进行的，故当水温上升至与电解液温度逐渐接近时，散热效果会慢慢变差，所以此系统仅适用于每天运行时间小于12小时的环境，如果超过12小时，则考虑加大水塔的容积或人工换冷水。

在一个更加具体的实施例中，换热器2采用圆形板框式结构，耐腐蚀材质的冷却液管束3从换热器的卡板(即竖板6)的圆孔中穿入，呈螺旋状盘绕。冷却液管束3从一边进、另一边出。换热器的接头8一端通过PVC管道与水泵相连，水泵与水塔7底部的出口相连，换热器的另一个接头与水塔7上部的出口通过PVC管相连，形成一个冷却液循环管路系统。

储液罐1的顶盖10采用可拆卸结构，用螺栓固定，在泵电解液进储液罐1之前，先将储液罐1的顶盖10打开，将换热器2放入储液罐1内部，再将换热器的接头8从顶盖10中间的人孔盖11的圆孔处穿出来，用与接头8螺纹适配的螺纹接头将接头8固定。然后，再从储液罐1的顶盖10的法兰处穿入2根PVC硬管用于固定换热器2。

下面，通过一个具体的实施例，对本实用新型的换热效果进行具体说明。

此实施例经过了长时间的测试，通过实验结果验证了该换热装置有较好的换热效果；换热器及液流电池参数如下：

换热器结构：圆形板框式

换热管材质：PTFE

换热管内径、壁厚：内径4mm、壁厚0.5mm

换热总面积：6㎡

电堆功率：10kw

换热器方式：水冷散热

电极液浓度：4.5Mol/L硫酸，1.6Mol/L钒离子；

电解液体积：0.6m³

冷却液循环泵功率：0.5kW

环境温度：30℃

钒电池平均效率：76.4％

系统运行一小时，电解液温度大概上升3摄氏度，在不开启换热器循环泵情况下，经过3小时的充放电测试，电解液温度会从29上升至38℃，此时开启换热器，继续做充放电测试，2小时后，温度会下降到34℃左右；该系统可以保持做12个小时的充放电测试，让电解液温度维持在36℃以内，不需要更换冷却液；冷却液静止一晚上，水温下降到常温，第二天可以继续做充放电测试，仍有较好的换热效果。

由于采用了上述技术方案，本实用新型可提供一种低成本、低功耗的换热系统，其在每个储液罐里面放置一个耐腐蚀液体的换热器，换热器的管束材质采用但不局限于耐高温耐腐蚀的PTFE、PP管，换热器的进液口、出液口接头采用PTFE等耐腐蚀材质，管束与接头用热熔工艺熔接，换热器的进、出液口接头从储液罐1顶部的人孔盖板内部穿过去，在人孔盖板外部用螺纹接头与换热器的进、出液口接头连接固定。储液罐里的介质为电解液，换热器里的介质为自来水、去离子水或冷冻盐水，但不局限于此。换热器、水塔、水泵及管道构成了一个与电解液输送管道相独立的单独循环的管路系统。通过冷却液的不断循环，带走储液罐1里电解液的热量，达到将电解液降温的效果。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液流电池换热系统，其特征在于，包括：用于储存电解液的储液罐(1)、用于对所述电解液散热的换热器(2)、和用于提供冷却液的冷却系统，所述换热器(2)设置于所述储液罐(1)中，所述换热器(2)通过管路与所述冷却系统连接。

2.根据权利要求1所述的液流电池换热系统，其特征在于，所述换热器(2)采用圆形板框式结构。

3.根据权利要求1所述的液流电池换热系统，其特征在于，所述换热器(2)包括冷却液管束(3)、顶板(4)、底板(5)和多个径向设置的竖板(6)，所述竖板(6)的一端与所述顶板(4)连接、另一端与所述底板(5)连接，所述冷却液管束(3)的一端通过所述顶板(4)上的第一通孔后以螺旋方式依次穿过所述竖板(6)上的通孔，所述冷却液管束(3)的一端再由所述顶板(4)上的第二通孔穿出。

4.根据权利要求3所述的液流电池换热系统，其特征在于，所述冷却系统包括水塔(7)和水泵，所述水塔(7)的出水口通过所述水泵与所述冷却液管束(3)的一端连接，所述冷却液管束(3)的另一端与所述水塔(7)的回水口连接。

5.根据权利要求4所述的液流电池换热系统，其特征在于，所述冷却液管束(3)与所述水塔(7)之间的连接管路通过接头(8)连接。

6.根据权利要求1所述的液流电池换热系统，其特征在于，所述储液罐(1)包括罐体(9)和顶盖(10)，所述顶盖(10)可拆卸地安装在所述罐体(9)上。

7.根据权利要求6所述的液流电池换热系统，其特征在于，所述顶盖(10)上设置有人孔盖(11)，所述管路穿过所述人孔盖(11)。

8.根据权利要求3所述的液流电池换热系统，其特征在于，所述冷却液管束(3)采用PTFE或PP材料制成。

9.根据权利要求5所述的液流电池换热系统，其特征在于，所述冷却液为自来水或冰冻盐水。

10.根据权利要求6所述的液流电池换热系统，其特征在于，所述顶盖(10)的上设置有插入所述罐体(9)中的固定杆(12)，所述换热器(2)通过所述固定杆(12)固定在所述储液罐(1)中。

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