CN219778925U - 过滤换热装置及其适用的液流电池系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种过滤换热装置及其适用的液流电池系统。过滤换热装置包括：冷却区；电解液流动区，与冷却区隔离；过滤器，位于电解液流动区中；以及至少一个热交换部，每个热交换部的两端分别连接至冷却区和电解液流动区。本申请可以简化装置空间布局，在减少能量损失的同时具有较好的换热效果和过滤能力，且对液体流动的压降负面影响较小。

Description

过滤换热装置及其适用的液流电池系统

技术领域

本申请主要涉及液流电池领域，尤其涉及一种过滤换热装置及其适用的液流电池系统。

背景技术

在液流电池系统中存在对电解液进行过滤与散热的需求。从换热的需求来看，常采用直冷机对电解液进行换热，由于电堆是电池系统中电化学的反应场所，在不断的充、放电循环工作下电堆内部会积聚大量的热量，因此经过电堆的电解液是整体电解液热量产生的核心，对该核心热源进行散热是最有效的散热方式，直冷机能够对其进行换热但是对空间布置也有一定的要求。对于过滤的需求，常在电解液流经管道内设有过滤器用以过滤电解液中的杂质，但是过滤器对电解液的流动会产生一定的压降影响从而进一步增加整个电池系统的能量损耗，并且对空间的布置有一定的需求。

现有直冷机的缺点有以下几个方面：(1)对液体的流动有一定的压降损失；(2)对空间的布置有要求，不得随意布置，结构体积大，对于一些高集成度的液流电池系统有不利影响；(3)能量损失较大；(4)设备成本高。另一方面，现有过滤器也具有如下缺点：(1)对空间布置要求高，需安装于一些特定的部位，结构体积大；(2)对液体流动有压降损失。

实用新型内容

本申请要解决的技术问题是提供一种过滤换热装置和液流电池系统，可以简化装置空间布局，在减少能量损失的同时具有较好的换热效果和过滤能力，且对液体流动的压降负面影响较小。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种过滤换热装置，包括冷却区；电解液流动区，与所述冷却区隔离；过滤器，位于所述电解液流动区中；以及至少一个热交换部，每个热交换部的两端分别连接至所述冷却区和所述电解液流动区。

可选地，所述过滤换热装置径向向内依次包括外壳体和内壳体，所述电解液流动区包括所述内壳体内的区域，且所述冷却区包括所述内壳体和外壳体之间的区域，其中，所述电解液流动区通过所述内壳体与所述冷却区隔离。

可选地，所述外壳体上具有所述冷却区的进液口和出液口，所述进液口和所述出液口用于连接外部冷却循环设备。

可选地，所述至少一个热交换部通过密封胶密封安装在所述内壳体上、或通过热熔固定在所述内壳体上。

可选地，过滤换热装置还包括一个或多个温度传感器，分布设置在所述电解液流动区和/或所述冷却区中。

可选地，过滤换热装置还包括进液端和出液端，与所述电解液流动区连通，且所述过滤器包括过滤体和过滤盖，其中，所述过滤体具有相对的前端和后端，依次位于电解液的流动方向上；所述过滤盖位于所述前端；以及所述过滤体的所述后端连接至所述出液端。

可选地，所述过滤盖连接所述进液端的一端在第一方向上的剖面包括弧形。

可选地，所述过滤体包括过滤网和支撑外壁，所述支撑外壁容纳后承载所述过滤网，且所述过滤盖与所述过滤网和/或所述支撑外壁固定连接。

可选地，所述过滤器还包括连接杆，所述过滤盖在远离所述过滤体的一侧通过所述连接杆连接至所述进液端的端口法兰。

可选地，所述电解液流动区末端的口径大于所述过滤体的内径。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种液流电池系统，包括所述过滤换热装置，其中，所述过滤换热装置配置在所述液流电池系统中电解液流动的路径中。

可选地，所述过滤换热装置配置在所述液流电池系统的电堆出液口和储罐回液口之间的回液末端管路中。

与现有技术相比，本申请具有以下优点：本申请的过滤换热装置及其适用的液流电池系统，整合了过滤换热设备，减少空间占用，优化结构布置；本申请中的过滤换热装置优选布置于回液末端对电解液进行过滤和散热，从而减少液流系统中的能耗和流体压降损失，同时，该回液端是热量产生的源头，对源头降温，降温效果好；本申请的过滤换热装置具有良好的过滤层和过滤效果；本申请的一些过滤换热装置中加入温度传感器等设备，可以智能化冷却系统监测结构，用于减少能耗。

附图说明

包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本申请原理的作用。附图中：

图1是本申请一实施例的一种过滤换热装置的剖面示意图；

图2是本申请如图1所示实施例中的过滤换热装置与外部冷却循环设备连接的架构示意图；以及

图3是本申请如图1所示实施例中过滤换热装置的侧视示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

本申请参照图1提出了一种过滤换热装置10，可以简化装置空间布局，在减少能量损失的同时具有较好的换热效果和过滤能力，且对液体流动的压降负面影响较小。

图1示出了过滤换热装置10的剖面示意图。根据图1，过滤换热装置10包括冷却区101、电解液流动区102、过滤器200以及热交换部103。其中，电解液流动区102与冷却区101之间隔离设置。电解液流动区102适于提供电解液的流动通路，在图1中的电解液流动区102中，使用箭头指示电解液的流动方向。进一步的，在本实施例中，过滤器200包括过滤体201和过滤盖202，并优选地包括连接杆206。该过滤器200整体位于电解液流动区102中。在本实施例中，过滤换热装置10还包括多个热交换部103，每个热交换部103的两端分别连接至冷却区101和电解液流动区102。

示例性的，过滤换热装置10径向向内依次包括外壳体104和内壳体105，外壳体104和内壳体105壳体均采用可拆卸式连接方式进行组装。根据图1所示，在本实施中，电解液流动区102的一部分具体为内壳体105内的区域、而电解液流动区102的另一部分(接近电解液流动方向末端的部分)为外壳体104所限制的区域。另一方面，冷却区101具体为内壳体105和外壳体104之间限定的区域。在图1所示的实施例中，电解液流动区102具体通过内壳体105与冷却区101隔离。

进一步示例性的，外壳体104和内壳体105的主要功能为结构承重和材料防腐，主要的制造材料可以选用PVC、PP、钛等等。该外壳体104和内壳体105的材质可以保持基本一致。同时，为保证结构耐久可靠，可以在最外层(即外壳体104的外侧)再另外施加一个金属保护壳。

更清楚的可以参考图3所示，图3示出了过滤换热装置10的侧视示意图。根据液流电池系统包括所述的过滤换热装置10，由图3可以较清楚的看出，外壳体104和内壳体105的主要外形为圆柱形。但是本申请并不依此为限。

进一步的，外壳体104上具有冷却区101的出液口106和进液口107，出液口106和进液口107用于连接如图2和图3所示的外部冷却循环设备301，其中，图2和图3中的箭头均示出了冷却液的流动方向。更具体的如图3所示，外部冷却循环设备301可以具体实施为外部冷却液罐以及相应的泵设备，从而在过滤换热装置10工作的时候持续的向冷却区101中输送冷却液。

根据图1，冷却区101为冷却液的流动提供流动腔体。更清楚的参照图2和图3所示，冷却液流动在外壳体104与内壳体105所组成的空间内(即冷却液的流动腔体)，并且通过进液口107和出液口106连接至外部冷却循环设备301从而形成一个闭环的冷却液流动路径。

进一步参考图1，多个热交换部103位于内壳体105上。具体的，热交换部103布置在用于隔离电解液流动区102与冷却区101的内壳体105上。热交换部103可视为两端一端位于电解液流动区102中、而另一端位于冷却区101内。

示例性的，多个热交换部103可以通过密封胶密封安装在所述内壳体105上、或通过热熔固定在所述内壳体105上。通过这样的方式，热交换部103紧密且密封布置在内壳体105上，从而在实现热交换功能的同时，确保电解液流动区102中的电解液与冷却区101中的冷却液不发生相互渗漏。为了确保实现上述特性，热交换部103的主要材料可以选用高密度的、有一定韧性、高导热性的、防腐蚀性的材料，例如是具有较高密度的石墨等。另外，多个热交换部103在空间内整体上采用交错布置的方式，从而使之与能够在电解液流动路径中与电解液充分接触。

优选地，在本实施例中，过滤换热装置10还包括一个或多个温度传感器108，具体包括分布设置在电解液流动区102中的温度传感器1082和冷却区101中的温度传感器1081。温度传感器108用于测量所在区域的冷却液和电解液的实际温度。特别的，参考图2所示，本实施例中的温度传感器1081可以将所测温度数据反馈给外部冷却循环设备301，以使其后对冷却液的流量进行智能化调节，达到减少能耗的作用。

以上参照图1～图3主要说明了过滤换热装置10中的换热功能部分的细节特征，下面将主要对于过滤功能部分作出进一步说明。首先参考图1，过滤换热装置10还包括进液端109和出液端110，整体上与所述电解液流动区102连通，或者可以理解为电解液流动区102的起点和终点。在该电解液流动区102中，电解液在通过热交换部103与冷却区101中的液体进行换热的基础上，还通过过滤器200进行过滤。

如上所述，本实施例中的过滤器200包括过滤体201、过滤盖202和连接杆206。首先，过滤体201具有相对的前端和后端，该前端连接至进液端109且该后端连接至出液端110。在本实施例中，过滤体201进一步包括过滤网204和支撑外壁205，支撑外壁205适于容纳或承载过滤网204，而过滤盖202与过滤网204、支撑外壁205或者与二者一起固定连接。其中，过滤网204和支撑外壁205是可以实施为可拆卸的安装在过滤盖202上，并可以通过过滤盖202将过滤网204一并拿出后再拆卸更换。

需要理解的是，图1仅仅示意性地展示了支撑外壁205和过滤网204的位置。这意味着，在实际实施的过程中，支撑外壁205可以完全将过滤网204容纳在其限定的空间中；或者过滤网204通过缠绕等方式装载在支撑外壁205上，而在这种情况下，支撑外壁205可以具体实施为带大孔的圆桶状骨架结构。但无论如何具体实现，过滤网204均可以理解为需要安装在支撑外壁205上。

示例性的，过滤网204和支撑外壁205一般都是塑料材质，过滤网204一般为PP材料网状结构，而支撑外壁205可以选用PE、PVC、UPVC等。优选的，过滤网204的作用是过滤掉电解液中直径大于9.5μm的杂质和沉淀的金属化合物，防止此类不利物质堵塞液流电池电堆内部的流道、碳毡造成损坏，用以保证液流电池的健康状态，提高电池的使用寿命。

如上所述，在本实施例中，过滤器200还包括连接杆206，过滤盖202在远离所述过滤体201的一侧通过该连接杆206连接至进液端109的端口法兰111。具体的，端口法兰111的主要功能为连接外部管路，使电解液进入本过滤换热装置100。另外通过该连接杆206，便可以轻松地在进液端109所在位置将过滤盖202连带过滤体201一并取出，从而对其中的过滤耗材进行拆卸更换。

由上可知，过滤盖202的功能是使过滤网204和支撑外壁205紧密连接不受电解液的正常流动而影响。并且经过连接杆206的连接与端口法兰111紧固连接，当拆卸端口法兰111时使整个过滤器200一并带出，用以便捷的更换过滤网204等过滤耗材。

下面继续说明过滤盖202另一方面的功能。参考图1，电解液由进液端109流入，经过过滤盖202的分液后依次流向四周的热交换部103，当电解液与热交换部103表面相互接触后，热量较为迅速地传递至冷却区101，经过冷却液的流动将热量快速带出。由此，在本实施例中优选地，过滤盖202连接进液端109的一端在第一方向(即如图1所示的剖面方向)上的剖面包括弧形。过滤盖202的头部为弧形的主要功能为减少对电解液正常流动的损失，并且使电解液进行分流，使电解液不直接经过过滤器200，而是过滤体201两侧的区域先经过热交换部103、再经过过滤体201后，最终流出。

进一步优选地，在本实施例中，电解液流动区102末端(即电解液流动方向的末端位置)的口径大于之前过滤体201的内径。电解液流动区102在过滤器200之后的位置(即末端)进行扩径，从而可以减少液体压力的损失。通常来说，过滤换热装置10常设定安放于液流电池的电解液回液末端管路中，为避免电堆出液口至储罐回液口之间的液路产生不良压降影响或损坏电堆，故此部分设计为末端扩径结构。

具体来说，正常液流电池的电解液都是在管道内流动的，这些管道大致可以分为主要管路和分支管路，主管路的内径大于分支管路。电解液从进液开始从主要管路分向分支管路，而后流经电堆再从分支管路汇聚到主要管路然后再回储罐。当过滤换热装置10设于电解液回液末端管路中时，通过扩径即可以将该过滤换热装置10视为一个容器。随着液体的不段增加，该容器内液体越来越多，液体就容易溢出。因此，当电解液流动区102中的电解液越来越多时，随电解液的增加容器底部受到的电解液自重越来越大。因此电解液自发流过本装置主要依靠重力；而电解液为出电堆的液体，出电堆的液体自己本身就带有一定的流速和压力。结合这两种原因能够使电解液更加容易的通过本装置。

在回液的末端对管道内的电解液主要要求是将压力优化为越小越好，若是回液压力非常大则反应出堆压力大，出堆压力过大会损坏电堆，造成不利影响。因此，当设置在回液末端的位置时，过滤换热装置10不附加额外的压力，并通过扩径的方法减少原有管道内的压力，依靠液体自身的重力和原先自带的流动惯性来通过本装置，减少不利影响。

在上述说明的基础上，本申请的另一方面还提出了一种液流电池系统，该液流电池系统包括本申请任一实施例提出的过滤换热装置，具体的，过滤换热装置配置在液流电池系统中电解液流动的路径中。优选地，过滤换热装置配置在液流电池系统的电堆出液口和储罐回液口之间的回液末端管路中。其他关于液流电池系统的细节可以参考前文针对其中过滤换热装置的说明，在此不再赘述。

本申请中的过滤换热装置及其适用的液流电池系统，整合了直冷机与过滤器，设计一种新型的装置对液流电池的电解液能够同时起到过滤与换热的作用，并且减少能量的损失。这样的方式优化并整合了结构设计简化了空间布局以及降低了装置成本，同时具有较好的换热效果和过滤能力，对液体流动的压降负面影响较小。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述申请披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个申请实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种过滤换热装置，适用于液流电池系统，其特征在于，所述过滤换热装置包括：

冷却区；

电解液流动区，与所述冷却区隔离；

过滤器，位于所述电解液流动区中；以及

至少一个热交换部，每个热交换部的两端分别连接至所述冷却区和所述电解液流动区。

2.如权利要求1所述的过滤换热装置，其特征在于，沿所述过滤换热装置径向向内依次包括外壳体和内壳体，所述电解液流动区包括所述内壳体内的区域，且所述冷却区包括所述内壳体和外壳体之间的区域，其中，所述电解液流动区通过所述内壳体与所述冷却区隔离。

3.如权利要求2所述的过滤换热装置，其特征在于，所述外壳体上具有所述冷却区的进液口和出液口，所述进液口和所述出液口用于连接外部冷却循环设备。

4.如权利要求2所述的过滤换热装置，其特征在于，所述至少一个热交换部通过密封胶密封安装在所述内壳体上、或通过热熔固定在所述内壳体上。

5.如权利要求2所述的过滤换热装置，其特征在于，还包括一个或多个温度传感器，分布设置在所述电解液流动区和/或所述冷却区中。

6.如权利要求1～5任一项所述的过滤换热装置，其特征在于，还包括进液端和出液端，与所述电解液流动区连通，且所述过滤器包括过滤体和过滤盖，其中，

所述过滤体具有相对的前端和后端，依次位于电解液的流动方向上；

所述过滤盖位于所述前端；以及

所述过滤体的所述后端连接至所述出液端。

7.如权利要求6所述的过滤换热装置，其特征在于，所述过滤盖连接所述进液端的一端在第一方向上的剖面包括弧形。

8.如权利要求6所述的过滤换热装置，其特征在于，所述过滤体包括过滤网和支撑外壁，所述支撑外壁容纳后承载所述过滤网，且所述过滤盖与所述过滤网和/或所述支撑外壁固定连接。

9.如权利要求6所述的过滤换热装置，其特征在于，所述过滤器还包括连接杆，所述过滤盖在远离所述过滤体的一侧通过所述连接杆连接至所述进液端的端口法兰。

10.如权利要求6所述的过滤换热装置，其特征在于，所述电解液流动区末端的口径大于所述过滤体的内径。

11.一种液流电池系统，其特征在于，包括：如权利要求1～10任一项所述的过滤换热装置，其中，所述过滤换热装置配置在所述液流电池系统中电解液流动的路径中。

12.如权利要求11所述的液流电池系统，其特征在于，所述过滤换热装置配置在所述液流电池系统的电堆出液口和储罐回液口之间的回液末端管路中。