CN114146631A - 一种兆瓦级锌铁液流电池电解液配置装置及配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种兆瓦级锌铁液流电池电解液配置装置及配置方法，将夹套内通循环水，并通过模温机调控循环水的温度，使配置电解液过程能耗大幅降低，充分利用原有化学反应的热量，以实现能量的合理利用。采用两层螺旋送料，上层管径为相同直径，下层管径分为不同直径的两段分别为前半段和后半段，其中后半段直径大于前半段直径，上层配料输送至后半段，可大大提高送料效率；通过PLC控制柜控制电机速度，可根据内筒液位进行变速搅拌，提高搅拌效果，使配料混合更加均匀；在配料循环管路上设置Y型过滤器，可对配料进行过滤除杂，使配料更加纯净，同时Y型过滤器可根据管路压差进行自动清洗排污。

Description

一种兆瓦级锌铁液流电池电解液配置装置及配置方法

技术领域

本发明涉及锌铁液流电池电解液配置技术领域，特别是涉及一种兆瓦级锌铁液流电池电解液配置装置及配置方法。

背景技术

锌铁液流电池以其优异的安全性，作为最具前景的可大规模应用的储能电池之一，受到越来越多研究者的关注。而锌铁液流电池的组成不同于传统电池，其需要泵来驱动电解液在电堆内部循环，以实现电能和化学能之间的转化。这种结构形式，使得锌铁液流电池电堆和电解液部分可以独立设计而不会产生相互影响。而相对于锌铁液流电池电解液而言，其电解液配置过程阳极侧会释放热量，而阴极侧会吸收热量，目前配置过程无法很好的利用阳极电解液配置时释放的热量，而同时配置阴极电解液时还需要对电解液进行加热，这样就使得电解液配置过程能量的极大浪费。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种兆瓦级锌铁液流电池电解液配置装置，通过本发明的电解液配置方法，将实现配置电解液过程能耗的大幅降低，充分利用原有化学反应的热量，以实现能量的合理利用。应用了该电解液配置方法，电解液配置过程中阴极电解液所需加热时间大幅缩短，同时阳极电解液的热量也得到了合理利用。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种兆瓦级锌铁液流电池电解液配置装置，包括反应釜、出料阀、螺旋进料装置、搅拌装置、清洗装置，所述反应釜包括内筒和夹套，所述夹套设置在所述内筒外侧；所述出料阀设置在所述内筒底部下方；所述螺旋进料装置设置在所述内筒上方；所述搅拌装置悬空设置在所述内筒中央；所述清洗装置设置在所述内筒侧面；其特征在于：所述夹套顶部侧面连接有进水管，所述夹套底部连接有出水管，所述进水管和所属出水管都与模温机连接。

进一步地，所述螺旋进料装置包括进料口管道、上螺旋进料器和下螺旋进料器，所述上螺旋进料器和所述下螺旋进料器并排设置，所述上螺旋进料器设置在所述下螺旋进料器的上方；所述上螺旋进料器和所述下螺旋进料器均与所述进料口管道连接，与所述上螺旋进料器连接的所述进料口管道直径大于与所述下螺旋进料器连接的所述进料口管道直径。

进一步地，所述上螺旋进料器为管径相同的螺旋进料器，所述下螺旋进料器为管径变化的螺旋进料器，分为前半段和后半段；所述前半段的直径小于后半段的直径。

进一步地，所述上螺旋进料器的出料口与所述后半段连接，所述后半段的出料口对准设置在所述内筒上方的进料口。

进一步地，所述出料阀连接有出料管道，所述出料管道上连接有循环管道，所述循环管道通过十字转接头分别与所述内筒顶部以及配料循环泵连接；所述循环管道上连接有Y型过滤器。

进一步地，所述Y型过滤器包括主管、支管、滤芯、电机、刷子，所述主管为横向设置，所述支管从所述主管下方引出斜向设置，所述滤芯设置在所述支管内并延伸与所述主管内壁抵接，拦截在所述主管内；所述电机设置在所述主管外侧，所述电机转轴连接有刷杆，所述刷杆设置在所述滤芯内部，所述刷杆上连接有多组刷子。

进一步地，所述搅拌装置上端连接有电机和减速机，所述减速机设置在所述电机下方，所述电机输出轴连接有搅拌轴，所述搅拌轴末端设有高剪切混合机。

进一步地，所述清洗装置为电机带动，所述清洗装置沿所述内筒不同深度设有多个清洗喷头。

进一步地，所述内筒内部设有液位计和测温计，所述夹套内设有测温计，所述反应釜外侧设有PLC控制柜。

本发明还提供了一种兆瓦级锌铁液流电池电解液配置方法，包括以下步骤：

S1：根据确定所要配置的电解液类型为阴极电解液或者阳极电解液；

S2：根据确定的电解液类型进行配料，配好的料经过进料斗进入螺旋进料装置，螺旋进料装置推送配料进入反应釜内筒；

S3：进完配料后控制***控制电机带动高剪切混合机对配料进行搅拌混合，使其均匀；

S4：混料的同时，配料经过内筒底部的出料管道进入循环管道，循环管道内设有Y型过滤器，可对配料进行过滤，减少配料内的杂质，通过Y型过滤器过滤后的配料可通过配料循环泵流经循环管道至内筒顶部的入口重新回到内筒，重复此步骤多次；

S5：当首次配置的电解液是阳极电解液时，利用夹套内部循环水对阳极侧电解液进行降温；通过模温机实现夹套内部水源的实时补充，通过模温机使夹套内部水流过反应釜，对水进行加热；加热后的水可用于配置阴极电解液时使用；当首次配置阴极电解液时，需要升温时利用模温机内部加热器对水进行加热；

S6：电解液配置完成后，打开出料阀进行出料；

S7：出完料后，打开清洗装置的清洗喷头对内筒进行清洗。

本发明的有益效果为：

本发明的优点在于发明了一种兆瓦级锌铁液流电池电解液配置装置，将夹套内通循环水，并通过模温机调控循环水的温度，使配置电解液过程能耗大幅降低，充分利用原有化学反应的热量，以实现能量的合理利用。采用两层螺旋送料，上层管径为相同直径，下层管径分为不同直径的两段分别为前半段和后半段，其中后半段直径大于前半段直径，上层配料输送至后半段，可大大提高送料效率；通过PLC控制柜控制电机速度，可根据内筒液位进行变速搅拌，提高搅拌效果，使配料混合更加均匀；在配料循环管路上设置Y型过滤器，可对配料进行过滤除杂，使配料更加纯净，同时Y型过滤器可根据管路压差进行自动清洗排污。并且通过本发明一种兆瓦级锌铁液流电池电解液配置方法，电解液配置过程中阴极电解液所需加热时间大幅缩短，同时阳极电解液的热量也得到了合理利用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种兆瓦级锌铁液流电池电解液配置装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的模温机与反应釜夹套连接结构示意图；

图3为本发明实施例提供的配料循环结构示意图；

图4为本发明实施例提供的螺旋送料装置结构示意图；

图5为本发明实施例提供的Y型过滤器结构示意图。

图中：1、出料阀；2、电动球阀；3、Y型过滤器；4、循环管道；5、配料循环泵；6、夹套；7、内筒；8、高剪切混合机；9、清洗装置；10、耳式支座；11、液位计；12、平台扶手栏杆；13、螺旋进料装置；14、进料斗；15、升降电葫芦；16、步梯；17、PLC控制柜；18、模温机；19、平台支架；20、排污球阀；21、上螺旋进料器；22、下螺旋进料器；23、前半段；24、后半段；25、出料口；26、主管；27、支管；28、滤芯；29、电机；30、刷子；31、控制阀；32、压差开关；33、电机；34、测温计；35、清洗喷头；36、测温计；37、搅拌轴；38、减速机；39、；40、出料管；41、进水管；42、出水管；43、刷杆；44、入水口；45、出水口；46、进料口管道；47、出料口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

参见图1-5，一种兆瓦级锌铁液流电池电解液配置装置，包括反应釜、出料阀11、螺旋进料装置13、搅拌装置、清洗装置9，反应釜包括内筒7和夹套6，夹套6设置在内筒7外侧；出料阀1设置在内筒7底部下方；螺旋进料装置13设置在内筒7上方；搅拌装置悬空设置在内筒7中央；清洗装置9设置在内筒7侧面；夹套6顶部侧面连接有进水管41，夹套6底部连接有出水管42，进水管41和所属出水管42都与模温机18连接。如图2所示，在反应釜实现配药的同时，利用夹套6内部循环水对阳极侧电解液进行降温；通过模温机18实现夹套6内部水源的实时补充，同时在需要升温时利用模温机18内部加热器对水进行加热；在配置阳极电解液时，通过模温机18使夹套6内部水流过反应釜，以对配置阴极电解液所需水进行加热；加热后的水可用于配置阴极电解液时使用，以大大降低能量损耗；实现配置电解液过程能耗的大幅降低，充分利用原有化学反应的热量，以实现能量的合理利用。电解液配置过程中阴极电解液所需加热时间大幅缩短，同时阳极电解液的热量也得到了合理利用。

如图4所示，螺旋进料装置13包括进料口管道46、上螺旋进料器21和下螺旋进料器22，上螺旋进料器21和下螺旋进料器22并排设置，上螺旋进料器21设置在下螺旋进料器22的上方；上螺旋进料器21和下螺旋进料器22均与进料口管道46连接，与上螺旋进料器21连接的进料口管道46直径大于与下螺旋进料器22连接的进料口管道46直径。上螺旋进料器21为管径相同的螺旋进料器，下螺旋进料器22为管径变化的螺旋进料器，分为前半段23和后半段24；前半段23的直径小于后半段24的直径。上螺旋进料器21的出料口47与后半段24连接，后半段24的出料口25对准设置在内筒7上方的进料口。首先，利用双螺旋进料器，可增加进料效率，同时，为了避免堵料的发生，采用下螺旋进料器22变径的方案，一方面配料从进料斗14进入，通过变径的进料口管道46进行分流，使得配料分散进入上螺旋进料器21和下螺旋进料器22，下螺旋进料器22将配料从管径较小的前半段23推送至管径较大的后半段24，上螺旋进料器21将配料推送至出料口47，也进入下螺旋进料器22的后半段24，然后后半段24的配料汇总送至内筒7进料口并通过进料口进入内筒7完成进料工作，这样不仅提高了进料效率，使配料充分混合，还防止了配料堵塞进料器。

如图3所示，出料阀1连接有出料管40，出料管40上连接有循环管道4，循环管道4通过十字转接头分别与内筒7顶部以及配料循环泵5连接；循环管道4上连接有Y型过滤器3。可实现配料的过滤，去除杂质，使配料更加纯净。如图5所示，Y型过滤器3包括主管26、支管27、滤芯28、电机33、刷子，主管26为横向设置，支管27从主管26下方引出斜向设置，滤芯28设置在支管27内并延伸与主管26内壁抵接，拦截在主管26内；电机33设置在主管26外侧，电机33转轴连接有刷杆43，刷杆43设置在滤芯28内部，刷杆43上连接有多组刷子30。

Y型过滤器3是输送介质的管道***不可缺少的一种过滤装置，Y型过滤器3通常安装在减压阀、泄压阀、定水位阀或其它设备的进口端，用来过滤介质中的杂质，以保护阀门及设备的正常使用。Y型过滤器3具有结构先进，阻力小，排污方便等特点。Y型过滤器3适用介质可为水、油、气。一般通水网为18～30目，通气网为10～100目，通油网为100～480目。当液体通过主管26进入滤芯28后，固体杂质颗粒被阻挡在滤芯28内，而洁净的流体通过滤芯28，由出口排出。其工作原理：Y型过滤器3是Y字型的，一端是使电解液经过，一端是沉淀废弃物、杂质，通常它是安装在减压阀、泄压阀、定水位阀或其它设备的进口端，它的作用是过滤电解液中的杂质，达到保护阀门及设备正常运行的作用，过滤器待处理的电解液由入水口进入机体，电解液中的杂质沉积在滤芯28上，滤芯28为不锈钢滤网，由此产生压差。通过压差开关32监测进出水口压差变化，当压差达到设定值时，电控器给控制阀31、电机33信号，引发下列动作：电机33带动刷子30旋转，对滤芯28进行清洗，同时控制阀31打开进行排污，整个清洗过程只需持续数十秒钟，当清洗结束时，关闭控制阀31，电机33停止转动，***恢复至其初始状态，开始进入下一个过滤工序。设备安装后，由技术人员进行调试，设定过滤时间和清洗转换时间，待处理的电解液由入水口进入机体，过滤器开始正常工作。

搅拌装置上端连接有电机29和减速机38，减速机38设置在电机29下方，电机29输出轴连接有搅拌轴37，搅拌轴37末端设有高剪切混合机8。搅拌装置可根据内筒7内液位高度控制电机29旋转速度进行有效合理的搅拌，使得达到搅拌效果的同时具有节约能耗从而节约成本的作用。高剪切混合机8转动过程中形成离心力，将配料推至内筒7壁，然后再流回内筒7通过高速旋转的搅拌浆和内筒7的共同作用将产品由底部带至内筒7的上部，随即又回落至内筒7，如此的流动方式形成一种快速的宏观混合，具有良好的搅拌效果，使得配料混合更加均匀。

清洗装置9为电机带动，可进行旋转，360度对内筒7及搅拌装置进行清洗，清洗装置9沿内筒7不同深度设有多个清洗喷头35，可使得清洗更加充分。

内筒7内部设有液位计11和测温计34，夹套6内设有测温计36，反应釜外侧设有PLC控制柜17。内筒7液位可实时测量，以配合搅拌装置的搅拌速度，同时可实时掌握配料的温度和夹套6内循环水的温度，可使得能耗得到合理应用，使能耗降至最低。

同时内筒7的顶部侧面边缘设有两个耳式支座10，方便进行调运，在循环管道上设有电动球阀2，当出现故障时可进行断流和流通控制；为了方便人员操作本装置还设有步梯16进行上下通行，同时为了安全还设有平台扶手栏杆12；在进料斗14上方还有升降电葫芦15，方便进行配料调运；本装置平台还设有平台支架19对各部件进行支撑和固定；夹套6底部设有排污球阀进行排污。

需要说明的是，与电解液接触的部件采用不锈钢316、聚丙烯或者聚四氟乙烯。反应釜采用不锈钢材质，配电动搅拌器、液位计，液位计采用浮球式，能输出4-2mA连续信号，反应釜外做夹套式换热器，夹套材质为不锈钢；配液过程中：a.配液液位低，配液泵自动停止；b.模温机可自动控制配液所需温度，可设定温度阀值用于加热和冷却功能的启停c.当配液箱内温度高于55℃时，加料斗的间门自动关闭。

配液装置通过PLC、触摸屏可实现对泵、电机、电动门的点对点远控以及程序控制，并设置有通讯接口，可利用外接笔记本电脑实现远传控制。

一种兆瓦级锌铁液流电池电解液配置方法，包括以下步骤：

S1：根据确定所要配置的电解液类型为阴极电解液或者阳极电解液；

S2：根据确定的电解液类型进行配料，配好的料经过进料斗进入螺旋进料装置，螺旋进料装置推送配料进入反应釜内筒7；

S3：进完配料后控制***控制电机带动高剪切混合机对配料进行搅拌混合，使其均匀；

S4：混料的同时，配料经过内筒7底部的出料管道进入循环管道4，循环管道4内设有Y型过滤器3，可对配料进行过滤，减少配料内的杂质，通过Y型过滤器3过滤后的配料可通过配料循环泵5流经循环管道4至内筒7顶部的入口重新回到内筒7，重复此步骤多次；

S5：当首次配置的电解液是阳极电解液时，利用夹套6内部循环水对阳极侧电解液进行降温；通过模温机18实现夹套6内部水源的实时补充，通过模温机18使夹套6内部水流过反应釜，对水进行加热；加热后的水可用于配置阴极电解液时使用；当首次配置阴极电解液时，需要升温时利用模温机18内部加热器对水进行加热；

S6：电解液配置完成后，打开出料阀1进行出料；

S7：出完料后，打开清洗装置的清洗喷头对内筒7进行清洗。

实施例一

利用本发明的配置装置及配置方法针对于兆瓦级锌铁液流电池电解液配置过程，在阳极电解液配置时电解液温度降低了43.5℃。

实施例二

利用本发明的配置装置及配置方法针对于兆瓦级锌铁液流电池电解液配置过程，在阴极电解液配置时水温升高了33.5℃；

如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种兆瓦级锌铁液流电池电解液配置装置，包括反应釜、出料阀、螺旋进料装置、搅拌装置、清洗装置，所述反应釜包括内筒和夹套，所述夹套设置在所述内筒外侧；所述出料阀设置在所述内筒底部下方；所述螺旋进料装置设置在所述内筒上方；所述搅拌装置悬空设置在所述内筒中央；所述清洗装置设置在所述内筒侧面；其特征在于：所述夹套顶部侧面连接有进水管，所述夹套底部连接有出水管，所述进水管和所属出水管都与模温机连接。

2.如权利要求1所述的一种兆瓦级锌铁液流电池电解液配置装置，其特征在于：

所述螺旋进料装置包括进料口管道、上螺旋进料器和下螺旋进料器，所述上螺旋进料器和所述下螺旋进料器并排设置，所述上螺旋进料器设置在所述下螺旋进料器的上方；所述上螺旋进料器和所述下螺旋进料器均与所述进料口管道连接，与所述上螺旋进料器连接的所述进料口管道直径大于与所述下螺旋进料器连接的所述进料口管道直径。

3.如权利要求2所述的一种兆瓦级锌铁液流电池电解液配置装置，其特征在于：

所述上螺旋进料器为管径相同的螺旋进料器，所述下螺旋进料器为管径变化的螺旋进料器，分为前半段和后半段；所述前半段的直径小于后半段的直径。

4.如权利要求3所述的一种兆瓦级锌铁液流电池电解液配置装置，其特征在于：

所述上螺旋进料器的出料口与所述后半段连接，所述后半段的出料口对准设置在所述内筒上方的进料口。

5.如权利要求1所述的一种兆瓦级锌铁液流电池电解液配置装置，其特征在于：

所述出料阀连接有出料管道，所述出料管道上连接有循环管道，所述循环管道通过十字转接头分别与所述内筒顶部以及配料循环泵连接；所述循环管道上连接有Y型过滤器。

6.如权利要求5所述的一种兆瓦级锌铁液流电池电解液配置装置，其特征在于：

所述Y型过滤器包括主管、支管、滤芯、电机、刷子，所述主管为横向设置，所述支管从所述主管下方引出斜向设置，所述滤芯设置在所述支管内并延伸与所述主管内壁抵接，拦截在所述主管内；所述电机设置在所述主管外侧，所述电机转轴连接有刷杆，所述刷杆设置在所述滤芯内部，所述刷杆上连接有多组刷子。

7.如权利要求1所述的一种兆瓦级锌铁液流电池电解液配置装置，其特征在于：

所述搅拌装置上端连接有电机和减速机，所述减速机设置在所述电机下方，所述电机输出轴连接有搅拌轴，所述搅拌轴末端设有高剪切混合机。

8.如权利要求1所述的一种兆瓦级锌铁液流电池电解液配置装置，其特征在于：

所述清洗装置为电机带动，所述清洗装置沿所述内筒不同深度设有多个清洗喷头。

9.如权利要求1-8所述的任意一种兆瓦级锌铁液流电池电解液配置装置，其特征在于：

所述内筒内部设有液位计和测温计，所述夹套内设有测温计，所述反应釜外侧设有PLC控制柜。

10.一种兆瓦级锌铁液流电池电解液配置方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：根据确定所要配置的电解液类型为阴极电解液或者阳极电解液；

S2：根据确定的电解液类型进行配料，配好的料经过进料斗进入螺旋进料装置，螺旋进料装置推送配料进入反应釜内筒；

S3：进完配料后控制***控制电机带动高剪切混合机对配料进行搅拌混合，使其均匀；

S4：混料的同时，配料经过内筒底部的出料管道进入循环管道，循环管道内设有Y型过滤器，可对配料进行过滤，减少配料内的杂质，通过Y型过滤器过滤后的配料可通过配料循环泵流经循环管道至内筒顶部的入口重新回到内筒，重复此步骤多次；

S5：当首次配置的电解液是阳极电解液时，利用夹套内部循环水对阳极侧电解液进行降温；通过模温机实现夹套内部水源的实时补充，通过模温机使夹套内部水流过反应釜，对水进行加热；加热后的水可用于配置阴极电解液时使用；当首次配置阴极电解液时，需要升温时利用模温机内部加热器对水进行加热；

S6：电解液配置完成后，打开出料阀进行出料；

S7：出完料后，打开清洗装置的清洗喷头对内筒进行清洗。

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