[发明专利]一种液流电池用容积式散热设备

说明书

 

技术领域

本发明涉及化工散热设备的设计和应用，特别是一种容积式散热设备的设计及其在液流电池中的应用。

背景技术

目前，作为一种新的储能方式，液流电池以其能量转换率高、使用寿命长和安全性好等优点，得到了人们的广泛关注。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，导致电解液温度不断上升，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。

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散热方式是：通过管路将散热设备、储液罐和电堆相互串接起来，散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散热，从而达到对液流电池进行散热的目的。

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散热方式，需要使用传统化工散热设备（如板式、管壳式等散热设备）。显然，其存在如下缺陷：首先，由于电解液需流经散热设备，电解液流动阻力损失增加，液流电池的储能效率下降；其次，为了安装散热设备，必然要增加电解液循环系统中管路接口的数量，因而，这种散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，散热设备体积较大，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，有必要设计一种散热设备，其在实现对液流电池进行散热的同时，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。

发明内容

为了在不增加电解液流动阻力损失的前提下，解决液流电池的散热问题，本发明提供了一种容积式散热设备，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，本发明的技术方案是：所采用的容积式散热设备包括蒸发器1、散热器2、压缩机3、制冷剂回流管路4、压缩机吸入管路5和压缩机压出管路6，其中，所述蒸发器1出口和散热器2入口由制冷剂回流管路4连通；所述散热器2出口和蒸发器1入口依次由压缩机吸入管路5、压缩机3和压缩机压出管路6连通；蒸发器1直接放置于液流电池电解液储液罐7中；制冷剂由压缩机3驱动在蒸发器1和散热器2之间循环流动，实现对液流电池的散热。

本发明所述的蒸发器1为盘管结构，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8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0.1mm-1mm；所述双层管壁结构9，其外层材质和单层管壁结构8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0.1mm-1mm。

本发明所述散热器2采用风冷或水冷方式进行散热。

本发明的优点和积极效果表现为：本发明将散热设备的蒸发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散热器的散热原理，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散热。蒸发器内置于储液罐中，与储液罐形成一体，具有设备布置简洁、紧凑，不影响液流电池管路密封性，且散热效率高的优点，同时，因不直接安装在电解液循环管路中，提高了液流电池管路系统的安全性。

附图说明

图1是液流电池用容积式散热设备的结构流程图。

图2是蒸发器的结构示例。

图3是容积式散热设备在液流电池中使用时的安装结构示意图。

附图中标识： 1-蒸发器；2-散热器；3-压缩机；4-制冷剂回流管路；5-压缩机吸入管路；6-压缩机压出管路7-液流电池电解液储液罐；8-单层管壁结构；9-双层管壁结构；10-电解液输送管路；11-蒸发器管束；12-液流电池电堆；13-散热设备主机。

图3中，所述容积式散热设备，除蒸发器及相关管路外，其余设备均安装在散热设备主机中。

具体实施方式

实施例一

按照图3所示容积式散热设备在液流电池中使用时的安装结构示意图，完成散热设备在液流电池中的安装，本实施例测试了散热设备对液流电池的散热效果。散热设备及液流电池各要素及散热结果如下：