一种液流电池用容积式散热设备制造技术

本实用新型专利技术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。本实用新型专利技术提供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。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；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。本实用新型专利技术将散热设备的蒸发器1内置于液流电池电解液储液罐7中，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。
技术介绍
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。
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，解决液流电池的散热问题，本技术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，本技术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。本技术所述的蒸发器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. Imm-Imm ；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. lmm-lmm。本技术所述散热器2采用风冷或水冷方式进行散热。本技术的优点和积极效果表现为本技术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散热管结构双层管壁结构；散热管材质不锈钢管外喷FEP ；散热器结构单管绕圆盘旋；散热管壁厚铜管层1. 2 mm厚，FEP层0. 2 mm厚；散热总面积3. 6 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1.0m3;钒电池功率IOkW ；循环泵总功率0. 7 kff ；钒电池总效率81%;环境温度25 °C。4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，启动散热设备，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散热管结构双层管壁结构；散热管材质铜管外喷FEP ；散热器结构单管绕圆盘旋；散热管壁厚铜管层1. 2 mm厚，FEP层0. 3 mm厚；散热总面积2. 2 m2 ；散热器散热方式风冷散热；制冷系统制冷量8. 5 kff ；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1°C需时至少2 h，当电解液温度上升至一定温度后，启动散热设备，电解液温度随时间推移会不断下降，且15 min内就可降低1°C。权利要求1.一种液流电池用容积式散热设备，其特征在于容积式散热设备包括蒸发器(1)、散热器( 、压缩机C3)、制冷剂回流管路(4)、压缩机吸入管路( 和压缩机压出管路(6)，其中，所述蒸发器⑴出口和散热器⑵入口由制冷剂回流管路⑷连通；所述散热器⑵出口和蒸发器(1)入口依次由压缩机吸入管路(5)、压缩机C3)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C3)驱动在蒸发器 (1)和散热器( 之间循环流动，实现对液流电池的散热。2.根据权利要求1所述的液流电池用容积式散热设备，其特征在于所述的蒸发器(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. Imm-Imm ；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. 本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种液流电池用容积式散热设备，其特征在于：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。

【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