專利名稱：一種液流電池用容積式散熱設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工散熱設(shè)備的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，特別是一種容積式散熱設(shè)備的設(shè)計(jì)及其 在液流電池中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前，作為一種新的儲能方式，液流電池以其能量轉(zhuǎn)換率高、使用壽命長和安全性 好等優(yōu)點(diǎn)，得到了人們的廣泛關(guān)注。在液流電池運(yùn)轉(zhuǎn)期間，電解液流經(jīng)液流電池的泵和電 堆，會帶走泵和電堆工作時產(chǎn)生的熱量。在導(dǎo)熱性能不佳的非金屬管路系統(tǒng)中，處于常溫工 作的電解液所攜帶的熱量會逐漸積累，導(dǎo)致電解液溫度不斷上升，當(dāng)電解液溫度升高到一 定程度時，將嚴(yán)重影響到電解液的性狀，致使液流電池性能衰減。文獻(xiàn)(朱順良等.大規(guī)模蓄電儲能全釩液流電池研究進(jìn)展.化工進(jìn)展，2007， 26(2): 207-211)表明，目前，國內(nèi)外的液流電池所采用的散熱方式是通過管路將散熱設(shè) 備、儲液罐和電堆相互串接起來，散熱設(shè)備因此成為電解液循環(huán)管路系統(tǒng)的一個組成部分， 可對循環(huán)過程中的電解液直接進(jìn)行散熱，從而達(dá)到對液流電池進(jìn)行散熱的目的。液流電池作為一種新的儲能手段，其顯著特點(diǎn)是電解液依賴于泵進(jìn)行循環(huán)。為提 高液流電池的儲能效率，需盡可能減少泵的功耗，故而，液流電池在設(shè)計(jì)和安裝時，要求電 解液管路系統(tǒng)盡可能的簡明、通暢，通過降低電解液流動阻力損失的方式來減少泵的功耗。 然而，文獻(xiàn)中介紹的液流電池的散熱方式，需要使用傳統(tǒng)化工散熱設(shè)備(如板式、管殼式等 散熱設(shè)備)。顯然，其存在如下缺陷首先，由于電解液需流經(jīng)散熱設(shè)備，電解液流動阻力損 失增加，液流電池的儲能效率下降；其次，為了安裝散熱設(shè)備，必然要增加電解液循環(huán)系統(tǒng) 中管路接口的數(shù)量，因而，這種散熱方式從根本上降低了電解液循環(huán)管路系統(tǒng)的整體密封 性；再次，散熱設(shè)備體積較大，會加大液流電池機(jī)組的體積，不利于設(shè)備的搬運(yùn)和安裝。因 此，有必要設(shè)計(jì)一種散熱設(shè)備，其在實(shí)現(xiàn)對液流電池進(jìn)行散熱的同時，能夠不增加液流電池 電解液的流動阻力損失，同時保證電解液管路系統(tǒng)的密封性，不增加液流電池機(jī)組的體積。

發(fā)明內(nèi)容
為了在不增加電解液流動阻力損失的前提下，解決液流電池的散熱問題，本發(fā)明 提供了一種容積式散熱設(shè)備，其與液流電池在設(shè)計(jì)和安裝過程中均可以相對獨(dú)立進(jìn)行。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是所采用的容積式散熱設(shè)備包括蒸發(fā)器1、 散熱器2、壓縮機(jī)3、制冷劑回流管路4、壓縮機(jī)吸入管路5和壓縮機(jī)壓出管路6，其中，所述 蒸發(fā)器1出口和散熱器2入口由制冷劑回流管路4連通；所述散熱器2出口和蒸發(fā)器1入 口依次由壓縮機(jī)吸入管路5、壓縮機(jī)3和壓縮機(jī)壓出管路6連通；蒸發(fā)器1直接放置于液流 電池電解液儲液罐7中；制冷劑由壓縮機(jī)3驅(qū)動在蒸發(fā)器1和散熱器2之間循環(huán)流動，實(shí)現(xiàn) 對液流電池的散熱。
本發(fā)明所述的蒸發(fā)器1為盤管結(jié)構(gòu)，其中單管橫截面可采用單層或雙層管壁結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)，所述單層管壁結(jié)構(gòu)8使用耐強(qiáng)酸腐蝕、耐高低溫且耐高壓的非金屬材質(zhì)，包括但不限 于PTFE、FEP和PVDF，其壁厚為0. Imm-Imm ；所述雙層管壁結(jié)構(gòu)9，其外層材質(zhì)和單層管壁結(jié) 構(gòu)8的可選材質(zhì)相同，內(nèi)層材質(zhì)使用傳熱性能較好、耐高低溫且耐高壓的金屬，包括但不限 于銅、不銹鋼、鋁合金和鈦合金，其內(nèi)外層壁厚分別為0. 5mm-2mm和0. lmm-lmm。本發(fā)明所述散熱器2采用風(fēng)冷或水冷方式進(jìn)行散熱。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果表現(xiàn)為本發(fā)明將散熱設(shè)備的蒸發(fā)器內(nèi)置于液流電池電 解液儲液罐中，利用容積流的緩沖效應(yīng)和容積式散熱器的散熱原理，在不增加液流電池電 解液流動阻力損失的前提下，實(shí)現(xiàn)對液流電池進(jìn)行散熱。蒸發(fā)器內(nèi)置于儲液罐中，與儲液罐 形成一體，具有設(shè)備布置簡潔、緊湊，不影響液流電池管路密封性，且散熱效率高的優(yōu)點(diǎn)，同 時，因不直接安裝在電解液循環(huán)管路中，提高了液流電池管路系統(tǒng)的安全性。


圖1是液流電池用容積式散熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)流程圖。圖2是蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)示例。圖3是容積式散熱設(shè)備在液流電池中使用時的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中標(biāo)識1-蒸發(fā)器；2-散熱器；3-壓縮機(jī)；4-制冷劑回流管路；5-壓縮機(jī)吸 入管路；6-壓縮機(jī)壓出管路7-液流電池電解液儲液罐；8-單層管壁結(jié)構(gòu)；9-雙層管壁結(jié) 構(gòu)；10-電解液輸送管路；11-蒸發(fā)器管束；12-液流電池電堆；13-散熱設(shè)備主機(jī)。圖3中，所述容積式散熱設(shè)備，除蒸發(fā)器及相關(guān)管路外，其余設(shè)備均安裝在散熱設(shè) 備主機(jī)中。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
按照圖3所示容積式散熱設(shè)備在液流電池中使用時的安裝結(jié)構(gòu)示意圖，完成散熱設(shè)備 在液流電池中的安裝，本實(shí)施例測試了散熱設(shè)備對液流電池的散熱效果。散熱設(shè)備及液流 電池各要素及散熱結(jié)果如下 散熱管結(jié)構(gòu)雙層管壁結(jié)構(gòu)； 散熱管材質(zhì)不銹鋼管外噴FEP ； 散熱器結(jié)構(gòu)單管繞圓盤旋； 散熱管壁厚銅管層1. 2 mm厚，F(xiàn)EP層0. 2 mm厚； 散熱總面積3. 6 m2 ； 散熱器散熱方式風(fēng)冷散熱； 制冷系統(tǒng)制冷量5. 5 kW ； 電解液濃度3mol/L硫酸，1. 5mol/L釩離子； 電解液體積1. 0 m3 ； 釩電池功率10 kff ； 循環(huán)泵總功率0. 7 kff ； 釩電池總效率81% ；環(huán)境溫度25 °C。在液流電池運(yùn)轉(zhuǎn)期間，電解液溫度會隨著時間的推移不斷上升，每上升1°C需時至 少2 h，當(dāng)電解液溫度上升至一定溫度后，啟動散熱設(shè)備，電解液溫度隨時間推移會不斷下 降，且25 min內(nèi)就可降低1°C。實(shí)施例二
按照圖3所示容積式散熱設(shè)備在液流電池中使用時的安裝結(jié)構(gòu)示意圖，完成散熱設(shè)備 在液流電池中的安裝，本實(shí)施例測試了散熱設(shè)備對液流電池的散熱效果。散熱設(shè)備及液流 電池各要素及散熱結(jié)果如下 散熱管結(jié)構(gòu)雙層管壁結(jié)構(gòu)； 散熱管材質(zhì)銅管外噴FEP; 散熱器結(jié)構(gòu)單管繞圓盤旋； 散熱管壁厚銅管層1. 2 mm厚，F(xiàn)EP層0. 3 mm厚； 散熱總面積2. 2 m2 ； 散熱器散熱方式風(fēng)冷散熱； 制冷系統(tǒng)制冷量8. 5 kff ； 電解液濃度3mol/L硫酸，1. 5mol/L釩離子； 電解液體積1. 0 m3 ； 釩電池功率10 kff ； 循環(huán)泵總功率0. 7 kff ； 釩電池總效率83% ； 環(huán)境溫度30 °C。在液流電池運(yùn)轉(zhuǎn)期間，電解液溫度會隨著時間的推移不斷上升，每上升1°C需時至 少2 h，當(dāng)電解液溫度上升至一定溫度后，啟動散熱設(shè)備，電解液溫度隨時間推移會不斷下 降，且15 min內(nèi)就可降低1°C。
權(quán)利要求
1.一種液流電池用容積式散熱設(shè)備，其特征在于容積式散熱設(shè)備包括蒸發(fā)器1、散熱 器2、壓縮機(jī)3、制冷劑回流管路4、壓縮機(jī)吸入管路5和壓縮機(jī)壓出管路6，其中，所述蒸發(fā) 器1出口和散熱器2入口由制冷劑回流管路4連通；所述散熱器2出口和蒸發(fā)器1入口依 次由壓縮機(jī)吸入管路5、壓縮機(jī)3和壓縮機(jī)壓出管路6連通；蒸發(fā)器1直接放置于液流電池 電解液儲液罐7中；制冷劑由壓縮機(jī)3驅(qū)動在蒸發(fā)器1和散熱器2之間循環(huán)流動，實(shí)現(xiàn)對液 流電池的散熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液流電池用容積式散熱設(shè)備，其特征在于所述的蒸發(fā)器1 為盤管結(jié)構(gòu)，其中單管橫截面可采用單層或雙層管壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所述單層管壁結(jié)構(gòu)8使用 耐強(qiáng)酸腐蝕、耐高低溫且耐高壓的非金屬材質(zhì)，包括但不限于PTFE、FEP和PVDF，其壁厚為 0. Imm-Imm ；所述雙層管壁結(jié)構(gòu)9，其外層材質(zhì)和單層管壁結(jié)構(gòu)8的可選材質(zhì)相同，內(nèi)層材質(zhì) 使用傳熱性能較好、耐高低溫且耐高壓的金屬，包括但不限于銅、不銹鋼、鋁合金和鈦合金， 其內(nèi)外層壁厚分別為0. 5mm-2mm和0. lmm-lmm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液流電池用容積式散熱設(shè)備，其特征在于所述的散熱器2 采用風(fēng)冷或水冷方式進(jìn)行散熱。
全文摘要
本發(fā)明涉及化工散熱設(shè)備的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，特別是一種容積式散熱設(shè)備的設(shè)計(jì)及其在液流電池中的應(yīng)用。本發(fā)明提供的容積式散熱設(shè)備包括蒸發(fā)器1、散熱器2、壓縮機(jī)3、制冷劑回流管路4、壓縮機(jī)吸入管路5和壓縮機(jī)壓出管路6。所述蒸發(fā)器1出口和散熱器2入口由制冷劑回流管路4連通；散熱器2出口和蒸發(fā)器1入口依次由壓縮機(jī)吸入管路5、壓縮機(jī)3和壓縮機(jī)壓出管路6連通；蒸發(fā)器1直接放置于液流電池電解液儲液罐7中；制冷劑由壓縮機(jī)3驅(qū)動在蒸發(fā)器1和散熱器2之間循環(huán)流動，實(shí)現(xiàn)對液流電池的散熱。本發(fā)明將散熱設(shè)備的蒸發(fā)器1內(nèi)置于液流電池電解液儲液罐7中，具有設(shè)備布置簡潔、緊湊，不影響液流電池管路密封性，且換熱效率高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01M8/04GK102104165SQ20111002780
公開日2011年6月22日 申請日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者何清, 周漢濤, 李佳, 楊洋, 薛坤 申請人:上海林洋儲能科技有限公司