CN211980781U - 用于液流电池储能系统的换热器及电解液储存罐 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及液流电池领域，公开了一种用于液流电池储能系统的换热器，液流电池储能系统包括电解液储存罐(1)，所述电解液储存罐(1)包括电解液进口(9)和电解液出口(8)，所述换热器(2)包括换热管，所述换热管呈螺旋缠绕式安装在电解液储存罐(1)上，所述换热器(2)分别设有能够控制不同介质流入的冷却介质进口阀(5)、保温介质进口阀(6)以及能够控制介质流出的介质出口阀(7)，所述电解液储存罐上设有温度传感器(11)，所述温度传感器(11)能够检测电解液储存罐(1)内电解液的温度，所述换热器(2)上设有流量传感器(13)，所述流量传感器(13)能够检测换热器(2)内介质的流量。

Description

用于液流电池储能系统的换热器及电解液储存罐

技术领域

本实用新型涉及液流电池领域，更具体地，涉及一种用于液流电池储能系统的换热器。

背景技术

液流电池系统由电池、电解液、电解液储存单元、管道输送系统、换热器、BMS(电池管理系统)等组成。由于其配置灵活、循环寿命长、安全环保等特点，现在广泛应用于风光互补、削峰填谷、智能微网、应急电源等领域。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电解液析出并结晶；寒冷的地区，因为低温原因电解液会结晶。这些问题都会导致电池性能急剧恶化，直至失效。因此，对液流电池系统的温度进行有效的控制显得十分关键，而电解液作为关键材料，也是带电物质，电解液在系统中循环，对电解液温度控制对系统的稳定运行至关重要。

现有技术中，对液流电池系统的温度控制方式主要是对电解液储存单元进行控温，控温方式有多种，例如CN201711205411.4通过蒸发器与冷凝器对正负极储罐内的电解液进行冷却、CN201720115385.5通过电加热器来控制储罐内电解液的恒温、CN201720624669.7通过散热箱及冷却管路对箱内电解液进行冷却、CN201821297562.7通过在外夹套和水来对储罐进行换热等。上述技术均是对电解液储存单元中的电解液进行控温，控温目的有冷却或者恒温，控制方式有电控、水冷、风冷以及蒸发等方式，上述方式至少存在以下问题：1.成本过高、占用空间大、能耗高；2.只能单一的进行降温或者保温的控制；3.无法使电解液始终保持在合理的运行温度区间，控温的准确性不高。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的缺点，提供一种用于液流电池储能系统的换热器。

本实用新型目的通过以下技术方案实现：

提供一种用于液流电池储能系统的换热器，所述液流电池储能系统包括电解液储存罐，所述电解液储存罐包括电解液进口和电解液出口，所述换热器包括换热管，所述换热管呈螺旋缠绕式安装在电解液储存罐上，所述换热器分别设有能够控制不同介质流入的冷却介质进口阀、保温介质进口阀以及能够控制介质流出的介质出口阀，所述电解液储存罐上设有温度传感器，所述温度传感器能够检测电解液储存罐内电解液的温度，所述换热器上设有流量传感器，所述流量传感器能够检测换热器内介质的流量。

作为本实用新型的一种具体方案，所述电解液储存罐内部固定有至少两根沿电解液储存罐轴向方向布置的支撑件，所述换热管呈螺旋缠绕式安装在支撑件上，并且通过管箍与支撑件固定连接。

作为本实用新型的一种具体方案，所述换热管呈螺旋缠绕式安装在电解液储存罐的外壁，所述换热管通过热融或粘接方式与电解液储存罐的外壁固定连接。

优选地，所述冷却介质进口阀、保温介质进口阀以及介质出口阀通过热融或粘接方式固定在电解液储存罐的外壁。

优选地，所述电解液储存罐上还设有呼吸阀，所述呼吸阀能够平衡电解液储存罐内的压力。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型对液流电池系统的温度控制方式是针对电解液储存单元进行控温，所述换热管呈螺旋缠绕式安装在电解液储存罐上，上述结构的换热器具有结构紧凑、占地空间小以及传热面积大的优点，并且成本较低，安装维护简单，非常适用于液流电池系统。

本实用新型在所述换热器设有能够控制不同介质流入的冷却介质进口阀、保温介质进口阀以及能够控制介质流出的介质出口阀，并且根据温度传感器以及流量传感器检测的值控制开闭/开度，通过调节冷却介质/保温介质的流量大小来改变电解液储存罐中电解液的冷却和保温的速度，从而达到快速控温的目的，并且使电解液始终保持在合理的运行温度区间，极大地提高了控温的准确性。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1用于液流电池储能系统的换热器的第一种实施方式。

图2用于液流电池储能系统的换热器的第二种实施方式。

其中，1-电解液储存罐、2-换热器、3-支撑件、4-管箍、5-冷却介质进口阀、6-保温介质进口阀、7-介质出口阀、8-电解液出口、9-电解液进口、10-呼吸阀、11-温度传感器、13-流量传感器。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

如图1～2所示，本实施例中，液流电池储能系统包括电解液储存罐1(电解液储存单元)，电解液储存罐1包括电解液进口9和电解液出口8，换热器2包括换热管，换热管呈螺旋缠绕式安装在电解液储存罐1上，换热器2分别设有能够控制不同介质流入的冷却介质进口阀5、保温介质进口阀6以及能够控制介质流出的介质出口阀7，电解液储存罐1上设有温度传感器11，温度传感器11能够检测电解液储存罐1内电解液的温度，换热器2上设有流量传感器13，流量传感器13能够检测换热器2内介质的流量。

在上述技术方案中，换热管呈螺旋缠绕式安装在电解液储存罐上，具有结构紧凑、占地空间小以及传热面积大的优点；换热器2设有能够控制不同介质流入的冷却介质进口阀5、保温介质进口阀6以及能够控制介质流出的介质出口阀7，并且根据温度传感器11以及流量传感器13检测的值控制开闭/开度，通过调节冷却介质/保温介质的流量大小来改变电解液储存罐1中电解液的冷却和保温的速度，从而达到快速控温的目的，提高控温的准确性。

可以理解的是，本实用新型中冷却介质可以为冷水或者其它冷媒，保温介质可以为热水或者其它热媒；电解液储存罐1以及换热器2由于与电解液接触，需要采用聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、硬聚氯乙烯或聚四氟乙烯等高分子耐酸材质，并且换热器2在安装好后需要做密封性测试，可适用水压或者气压试验，试验压力取设计压力的1.25～1.5倍之间，相应地，电解液储存罐1也需要做满水试漏试验。

同理，本实用新型中冷却介质进口阀5、保温介质进口阀6以及介质出口阀7可采用球阀、蝶阀、球塞阀、闸阀、电磁阀、流量控制阀、截止阀、两段式阀门等具有开关和控制流量功能的阀门，阀门接口型式可采用：由令式、粘接式、法兰式等可满足阀门连接的方式。

由此可知，本实用新型在具体实施过程中，在满足相关参数要求下，各个零部件的选型广泛，安装维护简单，能够将使用成本能够尽可能降低。

另外，在本实用新型中温度传感器11能够检测电解液储存罐1内电解液的温度，当达到设定温度范围时，控制部分可以根据温度传感器11的检测值调整来关闭冷却介质进口阀5、保温介质进口阀6或者介质出口阀7，例如当检测值大于设定的温度范围，此时打开冷却介质进口阀5和介质出口阀7，关闭保温介质进口阀6；当检测值小于设定的温度范围，此时打开保温介质进口阀6和介质出口阀7，关闭冷却介质进口阀5；如果系统长期运行，当检测值小于设定的温度范围，可采用已升温的冷却介质进行保温，实际上本实用新型在运行过程中不需要再通过保温介质进行保温。

其中，温度的设定范围是依据电解液的正常工作温度范围，流量的设定范围是依据在电解液的正常工作温度范围内的流量范围，即通过控制介质的流量使得电解液保持在合理的运行温度区间，提高控温的准确性，流量传感器13可以安装多个用于分别检测冷却介质和保温介质，也可以安装一个用于检测在换热器2中流通或者流出的介质。

作为本实用新型的第一种具体实施方案，换热管呈螺旋缠绕式安装在电解液储存罐的内部，该安装方案不占用空间场地，并且换热效率高，具体如图1所示，电解液储存罐1内部固定有至少两根沿电解液储存罐1轴向方向布置的支撑件3，换热管呈螺旋缠绕式安装在支撑件3上，并且通过管箍4与支撑件3固定连接。

其中，支撑件3的作用在于安装换热管，使换热管与电解液储存罐1内的电解液接触面积尽可能大，因此，支撑件3沿电解液储存罐1轴向方向布置应当理解为支撑件3的两端或者一端的固定位置不限，但是布置方向在轴向方向使得能够尽可能最大的覆盖电解液储存罐1的内部空间，不管是立式还是卧式的电解液储存罐1，其电解液进口9和电解液出口8通常设置在轴向两端，因此，上述支撑件3的设置能够保证换热器2与电解液的接触面积尽可能大。

在本实施方案中，冷却介质进口阀6、保温介质进口阀6以及介质出口阀7通过热融或粘接方式固定在电解液储存罐1的外壁，便于与外界的冷却/保温介质连通以及控制冷却/保温介质流入/流出。

考虑到电解液储存罐1中由于温度及电解液进出引起的压力过高或过低的问题，电解液储存罐1上还设有呼吸阀10，呼吸阀10能够平衡电解液储存罐1内的压力。

在本实施方案中，工作原理如下：

以钒电池为例，在管道输送系统的作用下，电解液从电解液储存罐1进入钒电池，通过钒电池后再进入电解液储存罐1。其中，当电解液储罐1中的温度传感器11检测到此时罐内的电解液温度过高，信号反馈给控制部分，打开冷却介质进口阀5、关闭保温介质进口阀6，介质出口阀7处于常开状态，冷水进入换热器2，并对电解液储罐1中的电解液进行降温；当电解液储罐1中的温度传感器11检测到电解液温度过低时，信号反馈给控制部分，关闭冷却介质进口阀5、打开保温介质进口阀6，介质出口阀7处于常开状态，热水进入换热器2，并对电解液储罐1中的电解液进行保温；当达到运行温度区间时，此时流量传感器开始工作，当流量传感器13检测到水流量大于设计值时，可通过流量传感器13的信号反馈给控制部分，将冷却介质进口阀5、保温介质进口阀6或者介质出口阀7的开度关小，反之则将各阀的开度开大，通过上述操作能够达到快速控温的目的，并且使电解液始终保持在合理的运行温度区间，提高控温的准确性。

作为本实用新型的第二种具体实施方案，该方案与第一种具体实施方案基本相同，不同之处在于，换热管安装在电解液储存罐1的外壁，具体如图2所示，换热管呈螺旋缠绕式安装在电解液储存罐1的外壁，换热管通过热融或粘接方式与电解液储存罐1的外壁固定连接。该方案由于换热管安装在外部，便于维护和清洗，材料方面也可以不局限于耐酸材料，并且由于换热管与电解液储存罐1的外壁固定连接，同时也不占用空间场地。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于液流电池储能系统的换热器，所述液流电池储能系统包括电解液储存罐(1)，所述电解液储存罐(1)包括电解液进口(9)和电解液出口(8)，其特征在于，所述换热器(2)包括换热管，所述换热管呈螺旋缠绕式安装在电解液储存罐(1)上，所述换热器(2)分别设有能够控制不同介质流入的冷却介质进口阀(5)、保温介质进口阀(6)以及能够控制介质流出的介质出口阀(7)，所述电解液储存罐上设有温度传感器(11)，所述温度传感器(11)能够检测电解液储存罐(1)内电解液的温度，所述换热器(2)上设有流量传感器(13)，所述流量传感器(13)能够检测换热器(2)内介质的流量。

2.根据权利要求1所述的用于液流电池储能系统的换热器，其特征在于，所述电解液储存罐(1)内部固定有至少两根沿电解液储存罐(1)轴向方向布置的支撑件(3)，所述换热管呈螺旋缠绕式安装在支撑件(3)上，并且通过管箍(4)与支撑件(3)固定连接。

3.根据权利要求1所述的用于液流电池储能系统的换热器，其特征在于，所述换热管呈螺旋缠绕式安装在电解液储存罐(1)的外壁，所述换热管通过热融或粘接方式与电解液储存罐(1)的外壁固定连接。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的用于液流电池储能系统的换热器，其特征在于，所述冷却介质进口阀(5)、保温介质进口阀(6)以及介质出口阀(7)通过热融或粘接方式固定在电解液储存罐(1)的外壁。

5.根据权利要求1所述的用于液流电池储能系统的换热器，其特征在于，所述电解液储存罐(1)上还设有呼吸阀(10)，所述呼吸阀(10)能够平衡电解液储存罐内的压力。

6.一种液流电池储能系统的电解液储存罐，其特征在于，包括权利要求1至5任一项所述的换热器(2)。

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