一种液流电池用容积式换热设备制造技术

本实用新型专利技术涉及化工换热设备的设计和应用，特别是一种容积式换热设备的设计及其在液流电池中的应用。本实用新型专利技术提供的容积式换热设备主要包括循环水系统1、制冷系统2、补热装置3和补水装置4。其中，循环水系统1用于对液流电池进行冷却或加热；制冷系统2用于对循环水系统1进行冷却；补热装置3采用电加热方式，用于对循环水系统1进行加热；补水装置4采用阀门控制方式，用于对循环水系统1进行补水。本实用新型专利技术将换热器内置于液流电池电解液储液罐中，在不增加液流电池电解液流动阻力损失的前提下，实现对液流电池进行冷却或加热。具有设备布置简洁、紧凑，不影响液流电池管路密封性，且换热效率高的优点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及化工换热设备的设计和应用，特别是一种容积式换热设备的设计及其在液流电池中的应用。
技术介绍
目前，液流电池作为一种新的储能方式，倍受人们的关注和重视。在液流电池运转期间，电解液流经液流电池的泵和电堆，会带走泵和电堆工作时产生的热量。在导热性能不佳的非金属管路系统中，处于常温工作的电解液所携带的热量会逐渐积累，其温度因此会不断上升，当电解液温度升高到一定程度时，将严重影响到电解液的性状，致使液流电池性能衰减。此外，在环境温度较低的情况下，液流电池性能又会出现因电解液温度过低而衰减的情况。因此，有必要增设一种换热设备，对液流电池进行冷却或加热，使电解液处于最佳工作温度，确保液流电池稳定运行。文献(朱顺良等.大规模蓄电储能全钒液流电池研究进展.化工进展，2007， 26(2): 207-211)表明，目前，国内外的液流电池所采用的换热方式是通过管路将换热设备、储液罐和电堆相互串接起来，换热设备因此成为电解液循环管路系统的一个组成部分， 可对循环过程中的电解液直接进行冷却或加热，从而达到对液流电池进行换热的目的。液流电池作为一种新的储能手段，其显著特点是电解液依赖于泵进行循环。为提高液流电池的储能效率，需尽可能减少泵的功耗，故而，液流电池在设计和安装时，要求电解液管路系统尽可能的简明、通畅，通过降低电解液流动阻力损失的方式来减少泵的功耗。 然而，文献中介绍的液流电池的换热方式，需要使用传统化工换热设备(如板式、管壳式等换热设备)。显然，其存在如下缺陷首先，由于电解液需流经换热设备，电解液流动阻力损失增加，液流电池的储能效率下降；其次，为了安装换热设备，必然要增加电解液循环系统中管路接口的数量，因而，这种换热方式从根本上降低了电解液循环管路系统的整体密封性；再次，换热设备体积较大，会加大液流电池机组的体积，不利于设备的搬运和安装。因此，有必要设计一种换热设备，其在实现对液流电池进行冷却或加热的同时，能够不增加液流电池电解液的流动阻力损失，同时保证电解液管路系统的密封性，不增加液流电池机组的体积。
技术实现思路
为了在不增加电解液流动阻力损失的前提下，解决液流电池的冷却或加热问题， 本技术提供了一种液流电池用容积式换热设备，其与液流电池在设计和安装过程中均可以相对独立进行。为实现上述目的，本技术的技术方案是所采用的容积式换热设备主要包括循环水系统1、制冷系统2、补热装置3和补水装置4，其中，循环水系统1用于对液流电池进行冷却或加热；制冷系统2用于对循环水系统进行冷却；补热装置3采用电加热方式，用于对循环水系统进行加热；补水装置4采用阀门控制，用于对循环水系统1进行补水。本技术所述的循环水系统1包括换热器6、水箱7、水泵9、循环水回流管路9、 泵吸入管路10和泵压出管路11，其中，所述换热器6出口和水箱7入口由循环水回流管路 9连通；所述水箱7出口和换热器6入口依次由泵吸入管路10、水泵8和泵压出管路11连通；循环水由水泵8驱动通过管路在换热器6与水箱7之间循环流动；循环水可采用自来水、去离子水或冷冻盐水，但不局限于此。本技术所述的换热器6为管束型盘管结构，其中单管横截面可采用单层或双层管壁结构设计，所述单层管壁结构12使用耐强酸腐蚀、耐高低温且耐高压的非金属材质，包括但不限于PTFE、FEP和PVDF，其壁厚为0. Imm-Imm ；所述双层管壁结构13，其外层材质和单层管壁结构的可选材质相同，内层材质使用传热性能较好、耐高低温且耐高压的金属，包括但不限于铜、不锈钢、铝合金和钛合金，其内外层壁厚分别为0. 5mm-2mm和 0. Imm-Imm0本技术所述的制冷系统2包括蒸发器14、散热器15、压缩机16、制冷剂回流管路17、压缩机吸入管路18和压缩机压出管路19，其中，所述蒸发器14出口和散热器15入口由制冷剂回流管路17连通；所述散热器15出口和蒸发器14入口依次由压缩机吸入管路 18、压缩机16和压缩机压出管路19连通；制冷剂由压缩机16驱动在制冷系统2中循环流动；所述散热器15采用风冷或水冷方式进行散热。本技术所述循环水系统1的换热器6直接放置在液流电池电解液储液罐20 中；所述制冷系统2的蒸发器14和补热装置3安装于循环水系统1的水箱7中；启动循环水系统1，同时启动制冷系统2或补热装置3，可实现对液流电池5进行冷却或加热。本技术的优点和积极效果表现为本技术将换热器内置于液流电池电解液储液罐中，利用容积流的缓冲效应和容积式换热器的换热原理，在不增加液流电池电解液流动阻力损失的前提下，实现对液流电池进行冷却或加热。换热器内置于储液罐中，与储液罐形成一体，使设备布置简洁紧凑，降低设备成本，提高换热效率，同时，因不直接接入电解液循环管路中，保证了液流电池管路系统的密封性和安全性。附图说明图1是液流电池用容积式换热设备的结构流程图。图2是换热器的结构示例。图3是容积式换热设备在液流电池中使用时的安装结构示意图。附图标识1-循环水系统；2-制冷系统；3-补热装置；4-补水装置；5-液流电池； 6-换热器；7-水箱；8-水泵；9-循环水回流管路；10-泵吸入管路；11-泵压出管路；12-单层管壁结构；13-双层管壁结构；14-蒸发器；15-散热器；16-压缩机；17-制冷剂回流管路；18-压缩机吸入管路；19-压缩机压出管路；20-液流电池电解液储液罐；21-电解液输送管路；22-换热器管束；23-液流电池电堆；24-换热装置主机。图3中，所述容积式换热装置，除换热器及相关管路外，其余装置均安装在换热装置主机中。具体实施方式实施例一按照图3所示容积式换热设备在液流电池中使用时的安装结构示意图，完成换热设备在液流电池中的安装，本实施例测试了换热设备对液流电池的换热效果。换热设备及液流电池各要素及换热结果如下换热管结构单层管壁结构；换热管材质FEP ；换热器结构管束绕圆盘旋；换热管壁厚0. 45 mm ；换热总面积2. 4 m2 ；散热器散热方式风冷散热；制冷系统制冷量5. 5 kW ；电解液浓度3mol/L硫酸，1. 5mol/L钒离子；电解液体积1. Om3;钒电池功率IOkW;循环泵总功率0. 7 kff ；钒电池总效率拟％;环境温度25 °C。在液流电池运转期间，电解液温度会随着时间的推移不断上升，每上升1°C需时至少2 h，当电解液温度上升至一定温度后，启动换热设备，电解液温度随时间推移会不断下降，且25 min内就可降低1°C。实施例二按照图3所示容积式换热设备在液流电池中使用时的安装结构示意图，完成换热设备在液流电池中的安装，本实施例测试了换热设备对液流电池的换热效果。换热设备及液流电池各要素及换热结果如下换热管结构双层管壁结构；换热管材质铜管外喷FEP ；换热器结构单管绕圆盘旋；换热管壁厚铜管层1. 2 mm厚，FEP层0. 3 mm厚；换热总面积2. 2 m2 ；散热器散热方式风冷散热；制冷系统制冷量8. 5 kW ；电解液浓度3mol/L硫酸，1. 5mol/L钒离子；电解液体积1. Om3;钒电池功率IOkW;循环泵总功率0. 7 kff ；钒电池总效率83%;环境温度30 °C。在液流电池运转期间，电解液温度会随着时间的推移不断上升，每上升本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种液流电池用容积式换热设备，其特征在于：所述的容积式换热设备主要包括循环水系统（１）、制冷系统（２）、补热装置（３）和补水装置（４），其中，循环水系统（１）用于对液流电池进行冷却或加热；制冷系统（２）用于对循环水系统进行冷却；补热装置（３）采用电加热方式，用于对循环水系统进行加热；补水装置（４）采用阀门控制，用于对循环水系统（１）进行补水。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛坤，何清，周汉涛，李佳，杨洋，
申请(专利权)人：上海林洋储能科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31