CN111668518A - 一种均相分布器、电解液储液罐及全钒液流电池储能*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种均相分布器、电解液储液罐及全钒液流电池储能***，该均相分布器包括：引液装置、预混装置和出液装置，依次沿所述均相分布器中电解液的流动方向布置；所述引液装置包括多个引液管，所述多个引液管上布置有多个扰流孔；所述预混装置，包含预混腔，所述预混腔为回转体腔；所述出液装置，包括出液管和折流装置。本发明通过引液装置一次混合、预混装置二次混合、出液装置三次混合的三级混合设计，使流经均相分布器的电解液更快地进行混合，使得流出电解液储液罐的电解液的荷电态保持较为均匀，有利于全钒液流电池储能***荷电态采集的稳定性和准确性，保证功率、容量的稳定输出，确保***稳定工作，提高电池效率。

Description

一种均相分布器、电解液储液罐及全钒液流电池储能***

技术领域

本发明涉及电化学储能技术领域，具体涉及到一种均相分布器、电解液储液罐及全钒液流电池储能***。

背景技术

全钒液流电池是目前技术最为成熟的液流电池之一，其通过电解质溶液中不同价态钒离子构成的氧化还原电对在电极表面发生氧化还原反应，完成电能和化学能的相互转化，实现电能的储存和释放。其正极采用VO2+/VO2+电对，负极采用V3+/V2+电对，硫酸为支持电解质，水为溶剂。正负极电解液原液均采用V3+/V4+溶液，在电解液激活后，正常充放电过程中，电解液在泵驱动下进入电堆内部发生氧化还原反应，然后返回正负极电解液储罐。此时，位于储罐上部的电解液荷电态较其下部的电解液荷电态高，会造成电解液组分浓度分布不均衡。而电解液储罐内部组分分布不均匀，给电池***荷电态的精确采集带来难度。此外，当电解液储罐中的组分浓度分布不均匀时，电解液输送至各个电堆中的电解液浓度将会产生偏差，这对于保证电堆性能的一致性产生一定影响。因此，解决电解液储罐中的组分浓度分布不均匀的问题显得尤为重要。

专利CN104538662A提供了一种液流电池***，该专利中，采用在电解液储液罐进口处设置分布器，尽可能保证进入电堆电解液浓度均一。

专利CN206022527U公开了一种全钒液流电池的溶液价态平衡装置，该专利中，采用强制动力搅拌的方式对电解液进行均一化。

上述现有技术至少存在以下问题：

(1)采用在电解液储液罐回液进口或回液出口处设置分布器，但由于罐体为方形及圆柱体结构，导致这种扩散均相无法充分实现；并且电解液储液罐顶部回液进口设置分布器，无法将液体喷淋到罐体的每个角落；另外，液体接触到罐内液体后主要通过原有动能和重力势能进行下沉，很难保证其浓度的均匀扩散；此外，液流电池***液流量大,无法提供足够的分散时间来保证电解液浓度的均匀扩散。

(2)采用电动搅拌混合方式，从安装空间及设备承重方面均无法满足实际应用，同时全钒液流电池在设计时，要尽可能考虑避免外部设备消耗电能，否则很难保证其经济性。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种能有效解决电解液在电解液储液罐中浓度分布不均问题的均相分布器、电解液储液罐及全钒液流电池储能***。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明的第一方面，提供一种均相分布器，包括引液装置、预混装置和出液装置，依次沿所述均相分布器中电解液的流动方向相连通布置，其中：

所述引液装置，包括多个引液管，所述多个引液管相连通，所述多个引液管上布置有多个扰流孔，所述电解液经所述多个扰流孔被吸入所述多个引液管，经所述多个引液管汇流后流入所述预混装置，所述引液装置用于一次混合流经所述均相分布器的所述电解液，以实现所述电解液中不同价态离子的初步混合；

所述预混装置，包含预混腔，所述预混腔为回转体腔，所述电解液流入所述预混装置后进入所述预混腔，在所述预混腔内进行二次混合，经二次混合后的所述电解液流入所述出液装置，所述预混装置用于消除所述电解液吸入过程中因吸入路径和吸入时间造成的偏差浓度；

所述出液装置，包括出液管和折流装置，所述折流装置布置在所述出液管内，形成出液流道，所述电解液流入所述出液装置后进入所述出液流道，在所述出液流道内进行三次混合后流出所述均相分布器，最终达到均相混合的状态。

上述均相分布器，其中，所述多个引液管以几何图案进行排布，便于所述引液装置充分吸入所述电解液，所述几何图案包括下述至少一种：放射状；网状；矩形；圆形；十字形。

上述均相分布器，其中，所述多个扰流孔沿所述多个引液管的表面分布，所述电解液通过所述扰流孔进入所述均相分布器内，所述扰流孔对所述电解液的流动产生扰动，以实现所述电解液的一次混合。

上述均相分布器，其中，所述预混腔内设有混流转子，所述混流转子可旋转地固定在所述预混腔内，用于加强所述电解液的二次混合。

上述均相分布器，其中，所述混流转子上设有转子叶片，所述电解液在所述均相分布器内流动，能够驱动所述转子叶片旋转。

上述均相分布器，其中，所述出液流道为折流流道，以通过所述折流流道的折流作用加强所述电解液的三次混合。

上述均相分布器，其中，所述折流流道的形状包括下述至少一种：螺旋流道；蛇形流道；齿形流道。

上述均相分布器，其中，所述均相分布器采用耐腐蚀性材料制成。

本发明的第二方面，提供一种电解液储液罐，包含本发明的第一方面中任一项所述的均相分布器，所述电解液储液罐内储存有所述电解液，所述均相分布器浸没在所述电解液中，所述电解液流经所述均相分布器后流向所述电解液储液罐的回液出口。

本发明的第三方面，提供一种全钒液流电池储能***，包含驱动装置、输液管、电堆以及本发明的第二方面中任一项所述的电解液储液罐。

本发明的积极进步效果在于：

(1)本发明通过一次混合、二次混合、三次混合的三级混合的设计，使流经均相分布器的电解液更快地进行混合，使得流出电解液储液罐的电解液的荷电态保持较为均匀，有利于全钒液流电池***荷电态采集的稳定性和准确性，保证功率、容量的稳定输出，确保***稳定工作，提高电池效率。

(2)本发明提供的均相分布器为静态均相分布器，均相分布器工作的过程中，无需消耗电能，提高全钒液流电池性能的同时，确保了电池***的经济性。

(3)本发明提供的均相分布器集成于电解液储罐内，采用耐腐蚀性材料制成，可以实现终生无维护操作，从而节省了操作维护成本。

附图说明

包含在本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出了符合本发明的装置和方法的实施方案，并与详细描述一起用于解释符合本发明的优点和原理。在附图中：

图1为根据本发明实施例一提供的一种均相分布器结构示意图；

图2为根据本发明实施例二提供的一种电解液储液罐结构示意图；

图3为根据本发明实施例三提供的一种全钒液流电池储能***图。

附图标记说明:

1-均相分布器；

11-引液装置；12-预混装置；13-出液装置；

111-引液管；112-扰流孔；

121-预混腔；122-混流转子；123-转子叶片；

131-出液管；132-折流装置；133-出液流道；

2-电解液；

3-电解液储液罐；

31-回液出口；32-回液进口；

4-全钒液流电池储能***；

5-驱动装置；

6-输液管；

7-电堆。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。然而，本发明并不局限于以下描述的实施方式。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合，且本发明的技术理念可以与其他公知技术或与那些公知技术相同的其他技术组合实施。

实施例一

图1为根据本发明实施例一提供的一种均相分布器结构示意图，如图1所示，本实施例提供的均相分布器1，包括引液装置11、预混装置12和出液装置13，依次沿均相分布器1中电解液2的流动方向相连通布置，其中：

引液装置11，包括多个引液管111，多个引液管111相连通，多个引液管111上布置有多个扰流孔112，电解液2经多个扰流孔112被吸入多个引液管111，经多个引液管111汇流后流入预混装置11，引液装置11用于一次混合流经均相分布器1的电解液2，以实现电解液2中不同价态离子的初步混合；

预混装置12，包含预混腔121，预混腔121为回转体腔，电解液2流入预混装置12后进入预混腔121，在预混腔121内进行二次混合，经二次混合后的电解液2流入出液装置13，预混装置12用于消除电解液2吸入过程中因吸入路径和吸入时间造成的偏差浓度；

出液装置13，包括出液管131和折流装置132，折流装置132布置在出液管131内，形成出液流道133，电解液2流入出液装置13后进入出液流道133，在出液流道133内进行三次混合后流出均相分布器1，最终达到均相混合的状态；

具体的，均相分布器1通过引液装置11的一次混合、预混装置12的二次混合以及出液装置13的三次混合的三级混合设计，使流经均相分布器1的电解液2更快地进行混合，使电解液2达到均相混合的状态，使得流出电解液储液罐3的电解液2的荷电态保持较为均匀，有利于全钒液流电池***4荷电态采集的稳定性和准确性，保证功率、容量的稳定输出，确保全钒液流电池***4稳定工作，提高电池效率。

具体的，均相是指电解液2经过充分混合后，达到物理性能、化学性能均匀的状态。

进一步地，作为一个较佳的实施例，多个引液管111以几何图案进行排布，便于引液装置11充分吸入电解液2，多个引液管111排布的几何图案包括下述至少一种：放射状；网状；矩形；圆形；十字形；或是利用上述几何图案组合而成的复合几何图案，在此种条件下，多个引液管111可以尽可能从电解液储液罐3的各个位置吸取电解液2，避免饱和状态下的电解液2局部静置结晶，同时保证电解液2被吸入多个引液管111的浓度相对均匀；

具体的，多个引液管111排布的几何图案还可以根据电解液储液罐3的罐体形状进行选择：如罐体形状为方形，多个引液管111可以采用放射状、网状、矩形、十字形等几何图案进行排布；如罐体形状为圆形，多个引液管111可以采用放射状、网状、圆形、十字形等几何图案进行排布，以确保多个引液管111可以尽可能从电解液储液罐3的各个位置吸取电解液2。

进一步地，作为一个较佳的实施例，多个扰流孔112沿多个引液管111的表面分布，电解液2通过扰流孔112进入均相分布器1内，扰流孔112对电解液2的流动产生扰动，以实现电解液2的一次混合；

具体的，多个扰流孔112沿多个引液管111表面既可以均匀分布，也可以非均匀分布，以方便多个扰流孔112吸入电解液2，同时保证扰流孔112对电解液2的流动的扰动，实现电解液2的一次混合；

具体的，扰流孔112的形状可以有多种形式，包括：螺旋孔、折流孔、圆柱孔、矩形孔、锥形孔、渐缩孔以及渐扩孔；或者，还可以是上述几种形状组成的复合几何形状的孔；

优选的，扰流孔112采用螺旋孔，在此种条件下，扰流孔112可以较好地实现对电解液2的流动的扰动。

进一步地，作为一个较佳的实施例，预混腔121内设有混流转子122，混流转子121可旋转地固定在预混腔121内，用于加强电解液2的二次混合；

具体的，混流转子122为无动力型转子，无需消耗电能，从而可以在确保电解液2预混效果的前提下，兼顾***的经济性。

进一步地，作为一个较佳的实施例，混流转子122上设有转子叶片123，电解液2在均相分布器1内流动，能够驱动转子叶片123旋转，进一步消除预混腔121内的电解液2的浓度差异，以实现电解液2更好地进行二次混合；

具体的，电解液2进入预混腔121内，与预混转子122上的转子叶片123相撞击，使电解液2进行充分混合，同时受电解液2流动的影响，驱动转子叶片123旋转，进一步消除预混腔121内的电解液2吸入过程中路径及时间造成的偏差浓度。

进一步地，作为一个较佳的实施例，出液流道133为折流流道，以通过所述折流流道的折流作用加强电解液2的三次混合。

进一步地，作为一个较佳的实施例，折流流道具有特定的形状，包括下述至少一种：螺旋流道；蛇形流道；齿形流道；或者，还可以是上述几种折流流道组成的复合流道，电解液2在折流流道内经过折流作用，形成混流流体，通过折流流道的输送后达到均相。

具体的，折流是指电解液2在流动过程中，先沿一个方向流动，然后折回向相反方向或者其它方向流动，如此反复地折流，达到均相的目的。

进一步地，作为一个较佳的实施例，均相分布器1采用耐腐蚀性材料制成。

具体的，均相分布器1集成于电解液储罐内，采用耐腐蚀性材料可以防止电解液2对均相分布器1及其部件的腐蚀，实现均相分布器1终生免维护操作，从而节省操作维护成本；

具体的，耐腐蚀性材料可以选用聚丙烯(PP)或氯乙烯(PVC)等；

需要说明的是，以上仅是列举了两种可以用于制备均相分布器1的材料，除此之外也还可以通过其他材料制备均相分布器1，本申请实施对于均相分布器1采用何种材料制成不做具体限定。

本实施例中，均相分布器1的工作过程为：

一次混合过程：电解液储液罐3中的电解液2在***驱动装置(如图3中驱动装置5)的驱动下，通过多个引液管111表面分布的多个扰流孔112进入引液装置11，多个扰流孔112对电解液2的流动产生扰动，以实现电解液2的一次混合。

二次混合过程：经一次混合后的电解液2流经引液装置11的多个引液管111汇流后流入预混装置12后，进入预混装置12的预混腔121，与预混转子122上的转子叶片123相撞击，使电解液2进行充分混合，同时受电解液2流动的影响，驱动转子叶片123旋转，进一步消除预混腔121内的电解液2吸入过程中路径及时间造成的偏差浓度，实现电解液2的二次混合。

三次混合过程：经二次混合后的电解液2流入出液装置13后，进入出液装置13的出液流道133，在出液流道133内经折流作用进行三次混合后，形成混流流体，最终达到均相混合的状态。

实施例二

图2为根据本发明实施例二提供的一种电解液储液罐结构示意图，如图2所示，本实施例提供的电解液储液罐3，包含实施例一的均相分布器1，电解液储液罐3内储存有电解液2，均相分布器1浸没在电解液2中，电解液2流经均相分布器1后流向电解液储液罐3的回液出口31。均相分布器1的具体结构包含实施例一中全部可选技术方案，至少具有实施例一的技术方案所带来的所有有益效果，在此不一一赘述。

实施例三

图3为根据本发明实施例三提供的一种全钒液流电池储能***图，如图3所示，本实施例提供的全钒液流电池储能***4，包含驱动装置5、输液管6、电堆7以及实施例二的电解液储液罐3。输液管6连通电解液储液罐3和电堆7，形成电解液2流动的闭环回路。驱动装置5设置于输液管6上，用于驱动全钒液流电池储能***4中电解液2的流动。

电解液储液罐3的具体结构包含实施例二中全部可选技术方案，至少具有实施例二的技术方案所带来的所有有益效果，在此不一一赘述。

如无特别说明，本文中出现的类似于“第一”、“第二”的限定语并非是指对时间顺序、数量、或者重要性的限定，而仅仅是为了将本技术方案中的一个技术特征与另一个技术特征相区分。同样地，本文中在数词前出现的类似于“大约”、“近似地”的修饰语通常包含本数，并且其具体的含义应当结合上下文意理解。同样地，除非是有特定的数量量词修饰的名词，否则在本文中应当视作即包含单数形式又包含复数形式，在该技术方案中既可以包括单数个该技术特征，也可以包括复数个该技术特征。

在以上具体实施例的说明中，方位术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“竖向”、“横向”和“侧向”等的使用仅仅出于便于描述的目的，而不应视为是限制性的。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种均相分布器，其特征在于，包括引液装置、预混装置和出液装置，依次沿所述均相分布器中电解液的流动方向相连通布置，其中：

所述引液装置，包括多个引液管，所述多个引液管相连通，所述多个引液管上布置有多个扰流孔，所述电解液经所述多个扰流孔被吸入所述多个引液管，经所述多个引液管汇流后流入所述预混装置，所述引液装置用于一次混合流经所述均相分布器的所述电解液；

所述预混装置，包含预混腔，所述预混腔为回转体腔，所述电解液流入所述预混装置后进入所述预混腔，在所述预混腔内进行二次混合，经二次混合后的所述电解液流入所述出液装置，所述预混装置用于消除所述电解液吸入过程中因吸入路径和吸入时间造成的偏差浓度；

所述出液装置，包括出液管和折流装置，所述折流装置布置在所述出液管内，形成出液流道，所述电解液流入所述出液装置后进入所述出液流道，在所述出液流道内经所述折流装置进行三次混合后流出所述均相分布器，最终达到均相混合的状态。

2.根据权利要求1所述的均相分布器，其特征在于，所述多个引液管以几何图案进行排布，便于所述引液装置充分吸入所述电解液，所述几何图案包括下述至少一种：

放射状；

网状；

矩形；

圆形；

十字形。

3.根据权利要求1所述的均相分布器，其特征在于，所述多个扰流孔沿所述多个引液管的表面分布，所述电解液通过所述扰流孔进入所述均相分布器内，所述扰流孔对所述电解液的流动产生扰动，以实现所述电解液的一次混合。

4.根据权利要求1所述的均相分布器，其特征在于，所述预混腔内设有混流转子，所述混流转子可旋转地固定在所述预混腔内，用于加强所述电解液的二次混合。

5.根据权利要求4所述的均相分布器，其特征在于，所述混流转子上设有转子叶片，所述电解液在所述均相分布器内流动，能够驱动所述转子叶片旋转。

6.根据权利要求1所述的均相分布器，其特征在于，所述出液流道为折流流道，以通过所述折流流道的折流作用加强所述电解液的三次混合。

7.根据权利要求6所述的均相分布器，其特征在于，所述折流流道的形状包括下述至少一种：

螺旋流道；

蛇形流道；

齿形流道。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的均相分布器，其特征在于，所述均相分布器采用耐腐蚀性材料制成。

9.一种电解液储液罐，其特征在于，包含如权利要求8中所述的均相分布器，所述电解液储液罐内储存有所述电解液，所述均相分布器浸没在所述电解液中，所述电解液流经所述均相分布器后流向所述电解液储液罐的回液出口。

10.一种全钒液流电池储能***，其特征在于，包含驱动装置、输液管、电堆以及如权利要求9所述的电解液储液罐。

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