含有流動電解液的電化學設施的防漏電方法及防漏電裝置製造方法
2023-06-18 14:55:31
含有流動電解液的電化學設施的防漏電方法及防漏電裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種含有流動電解液的電化學設施的防漏電方法及防漏電裝置，它可以解決現有技術存在的電流會沿著電解液在電極之間傳導，產生短路電流，形成電壓降、造成漏電的問題。技術方案是，一種含有流動電解液的電化學設施的防漏電方法，在電化學設施流動電解液的流道中加裝有絕緣材料製成的防漏電隔斷裝置，該隔斷裝置對流經其內部的電解液進行隔斷，使電解液在流動時被絕緣材料隔斷、形成斷路。本發明加裝絕緣材料的隔斷裝置，使電解液在流動時被絕緣材料隔斷、形成斷路，不能導通電流，從而杜絕了由電解液連續流動所造成的短路和漏電。
【專利說明】含有流動電解液的電化學設施的防漏電方法及防漏電裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及用於含有流動電解液的電化學設施的防漏電，主要包括電化學反應的電解槽以及氧化還原液流電池組。
[0002]具體是用於現代電化學反應的電解槽以及將化學能與電能直接互為轉換的氧化還原液流電池組的電解液的進液和出液的斷流防漏電裝置及方法。
【背景技術】
[0003]含有流動電解液的電化學設施主要包括電化學反應的電解槽以及氧化還原液流電池組。現代電化學反應的電解槽組以及氧化還原液流電池組都是由以離子膜分隔開的陽極室和陰極室組成，在電池室空腔內分別流動著活性電解液，通過氧化、還原反應，實現化學能與電能直接互為轉換。正、負極活性電解液分別外接陽極和陰極電解液儲存罐，外接兩臺液泵，每種電解液各自形成連續的循環系統。現有電化學反應的電解槽與氧化還原液流電池的設施基本結構相同。
[0004]現有的氧化還原液流電池是把幾十塊電池板組合、壓緊，形成電堆。儲能時，在首尾之間的電極板輸入幾十伏的電壓，相鄰的電池板之間有IV至1.3V的電壓，使正、負極的活性電解液在離子膜之間發生還原反應，電解液儲存電能；用電時，兩組儲有能量的電解液流經電堆，在離子膜之間發生氧化反應，使相鄰的電池板之間產生IV至1.3V的電壓，串聯疊加，於是，在首尾電極之間能輸出幾十伏電壓。簡而言之，不管是儲能還是輸出，電極之間總是存在幾十伏電壓。
[0005]例如，在圖1的技術方案中，在電池儲存電能或輸出電能時，A、B兩組氧化還原液流電池的導電液下進上出，液流分別貫穿、連通幾十塊串聯起來的電池板，即:電堆同電極的首尾之間的電解液經支管連著總管、全是導通的。在正、負電極之間存在幾十伏電壓，於是在電壓的作用下，電流會沿著導電性能良好的電解液在電極之間傳導，產生很大的短路電流，該短路電流不可小覷。
[0006]電解液導電性能良好，現有的氧化還原液流電池的液流形式是正極、負極電解液分別流經幾十塊串聯起來的電池板，下進上出，貫穿連續流動，這樣的結構，導致如下弊病:
1、在電池儲存電能或輸出電能時，兩組氧化還原液流電池的導電液流下進上出，電解液通過流入總管進入到每個電池板，液流分別貫穿幾十塊串聯起來的電池板連續流動，即:電堆同電極的首尾之間的液流連接著總管全是導通的。電極之間總是存在幾十伏電壓，於是在電壓的作用下，電流會沿著導電性能良好的電解液在電極之間傳導，產生短路電流，形成電壓降、這就是漏電。
[0007]2、為了克服漏電，現有的氧化還原液流電池把進液通道的管徑製得較細，特意迂迴得很長，參見圖2，以加大電阻，減少漏電。這樣會增大液流阻力，減少了整個電堆的效率，漏電還是難以避免。
[0008]3、電壓越高，漏電越嚴重(漏電與電壓的平方成正比)為了克服漏電，現有的氧化還原液流電池只能把電池板組合控制在50片、電壓控制在50伏左右。這麼低的電壓，使輸入、輸出前後的變壓工作量加大，低壓會使線損增加。
[0009]4、低壓和漏電，限制了電池總的能量密度和功率的提高。
[0010]5、現代電化學反應的電解槽組與氧化還原液流電池的設施結構相同，同樣存在上述弊病。
【發明內容】
[0011]本發明提供了一種含有流動電解液的電化學設施的防漏電方法及防漏電裝置，它可以解決現有技術存在的電流會沿著電解液在電極之間傳導，產生短路電流，形成電壓降、造成漏電的問題。
[0012]現有的液流電池的漏電弊端是由於在正、負電極間的電解液全面連通連續流動所造成的短路電流，為此，本發明的目的是:克服導電液流在全面連通、連續流動所帶來的電流短路一加裝絕緣的隔斷裝置，讓電解液在流動的同時被隔斷，不能形成電流通路，從而杜絕了由導電液流連續流動所造成的短路、漏電。
[0013]本發明的技術方案是一種含有流動電解液的電化學設施的防漏電方法。在電化學設施流動電解液的流道中加裝有絕緣材料製成的防漏電隔斷裝置，所述防漏電隔斷裝置對流經其內部的電解液進行隔斷，使電解液在流動時被絕緣材料隔斷、形成斷路。
[0014]在含有流動電解液的電化學設施內，或在電解液流入、流出所述含有流動電解液的電化學設施處、或在含有流動電解液的電化學設施的管道處或管道外中的至少一處設有絕緣材料製成的防漏電隔斷裝置。
[0015]所述防漏電裝置可以是絕緣材料製成的閥門隔斷裝置、瓣膜隔斷裝置、齒輪液泵或者是柱塞液泵，自由落體斷流方法以及絕緣材料製成的隔斷葉輪。
[0016]在進液和/或出液的管體上分別加裝由絕緣材料製成的隔斷葉輪，所述隔斷葉輪包括外殼、輪轂、多個隔斷葉片、葉輪軸，所述多個隔斷葉片間隔地設置在所述輪轂上。
[0017]所述隔斷葉輪的外殼為轉角式，或直通式，所述隔斷葉輪葉片數量範圍為3-20片，所述隔斷葉輪的葉片是平面形、或是彎曲面、或是「勺」形曲面，所述隔斷葉輪為兩個，分別設置在電解液流道的進液和出液的流道中。
[0018]所述含有流動電解液的電化學設施主要包括氧化還原液流電池組或電解槽，在電解液的出液處配置直徑較大的總管或體積較大的容器，流入總管或容器的管體為垂直的波紋管，並使得總管或容器上部腔體部分空出，從而形成電解液因自由落體呈現斷續流動狀態。
[0019]所述含有流動電解液的電化學設施包括氧化還原液流電池組或電解槽，在電解液流通的進液或出液支管管體上加裝有絕緣材料製成的齒輪液泵或者是柱塞液泵。
[0020]所述含有流動電解液的電化學設施包括氧化還原液流電池組或電解槽，在電解液流通的進液或出液支管管體上上加裝絕緣材料製成的閥門隔斷裝置，或是瓣膜隔斷裝置。
[0021]所述閥門隔斷裝置包括彈性殼體、上、下閥門、電解液流進、流出支管以及擠壓裝置，電解液流進、流出支管分別位於彈性殼體的進出端，所述上、下閥門分別位於所述彈性殼體內的上出口和下進口處。當外力擠壓圈向內擠壓彈性殼體，使下閥門關閉上閥門開啟，夕卜力撤銷，彈性殼體依靠自身彈性恢復回位，使下閥門打開上閥門關閉。[0022]本發明的具體技術方案是:對於小型液流電池板，在進液和出液的支流道中分別加裝有由絕緣材料製成的隔斷葉輪，使流入、流出的電解液在隔斷葉輪兩邊的液流斷開、電傳導完全斷開，從而徹底杜絕了由電解液連續貫通流動所造成的斷路、漏電。
[0023]所述含有流動電解液的大、中型電化學設施包括氧化還原液流電池組或電解槽，在出液支管可採用自由落體斷流方法，具體做法是在出液口使用直徑較粗的流出總管，讓流出液總量只佔流出總管容量的一半，即流出總管的上部總是空出一半；並且把出液支管制作成波紋管，並且儘量垂直，使流出的電解液在波紋管中形成斷流、然後自由落體跌落到總管液面，這樣，流出的電解液的液流斷開不連續，電傳導完全斷開，從而徹底杜絕了由電解液連續流動所造成的斷路、漏電。
[0024]本發明液流電池組的電解液的防漏電的斷流液流機構與現有的常規的液流管路相比具有以下優點:
1、在進液和出液的支道中分別加裝絕緣材料製成的隔斷葉輪，使流入、流出的電解液在隔斷葉片的兩邊的液流隔斷，電流的傳導因此完全斷開，從而徹底杜絕了由電解液全面連通所造成的短路、漏電，大量節約電能。
[0025]2、進液和出液的流道或管道可以製作得粗短，可減小液流阻力，也不必為防漏電加大電阻而刻意把流道加長做細，簡化了電池板部件迂迴流道的製造工藝。
[0026]3、因為不必顧忌漏電所帶來的能量損失，本發明將生產高壓液流電池組成為可能，可以製作100V、200V乃至電壓更高的高壓液流電池組，使電池組與外電路的匹配簡單、高效。能減小線損，減小線徑，節約銅材。
[0027]4、在設計、配製電解液時不必顧忌電導率，可採用高電導率的液體，拓寬了電解液的選擇。
[0028]5、能有效提高電池總的能量密度和功率密度。
[0029]6、氯鹼工業每年耗費全國3%的電力，因液流漏電又耗費了氯鹼工業3%的電能，如果採用本發明的技術，可節約全國萬分之9的電能，如，本發明的隔斷葉輪裝置若用於制鹼的電解槽中，每年就能夠節約近40億度電，節能效果十分顯著。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1是現有的氧化還原液流電池的液流形式結構示意圖。
[0031]現有的氧化還原液流電池是正極、負極電解液分別流經幾十塊串聯起來的電池板，下進上出，貫穿連續流動。
[0032]圖1中，1、A電解液流入口，2、B電解液流出口，3、單元電池板，4、正電極，5、電堆，6、負電極，7、A電解液流出口，8、B電解液流入口。
[0033]圖2主要表現現有的氧化還原液流電池的進液通道做得很細，特意迂迴得很長的結構圖。
[0034]圖2中，1、B電解液流出口，2、單元電池板，3、離子膜，4、電解液流入管路，5、B電解液流入口。
[0035]圖3A是本發明的隔斷葉輪結構圖；
圖3A中，1、電解液流進口，2、隔斷葉輪外殼，3、隔斷葉片，4、電解液流出口，5、葉輪心軸，6、輪轂。圖中箭頭表示電解液流動方向。[0036]圖3 B是隔斷葉輪的立體圖。
[0037]圖3 C是葉輪的立體圖。
[0038]圖3 D是直通式隔斷葉輪的結構形式。
[0039]圖4A是本發明閥門隔斷裝置，
圖4B是閥門隔斷裝置向內擠壓彈性殼體示意圖；
圖4C是閥門隔斷裝置鬆開彈性殼體示意圖；
圖4A中，1、電解液流進支管，2、下閥門，3、彈性殼體，4、上閥門，5、電解液流出支管。
[0040]圖5是本發明小型液流電池的斷流防漏電的液流系統示意圖。
[0041]圖5中，1、A電解液流入總管，2、入口隔斷葉輪，3、B電解液流出總管，4、電池板框架，5、出口隔斷葉輪，6、A電解液流出總管，7、B電解液流入總管。
[0042]圖6A大、中型液流電池的斷流防漏電的液流系統示意圖。
[0043]在圖6A中，1、陰極液流入總管，2、隔斷葉輪及流入分管，3、陽極液流出總管，4、電堆總成，5、陽極液回流泵，6、陽極液回流管，7、陰極液儲液罐，8、陽極液儲液罐，9、陰極液回流管，10、陰極液回流泵，11、正電極板，12、負電極板，13、陰極液流出總管，14、隔斷葉輪及陽極流入分管，15、陽極液流入總管。
[0044]圖6B是大、中型液流電池的斷流防漏電機構的隔斷葉輪放大圖。
[0045]圖6C是大、中型液流電池的斷流防漏電機構的出液波紋管及總管截面放大圖。
【具體實施方式】
[0046]含有流動電解液的電化學設施主要包括氧化還原液流電池組或電解槽。
[0047]本發明應用於氧化還原液流電池組的防漏電方法，在電化學設施流動電解液的流道中加裝有絕緣材料製成的防漏電隔斷裝置，所述防漏電隔斷裝置對流入其內部的電解液進行隔斷，使電解液在流動時被絕緣材料隔斷、形成斷路。
[0048]在含有流動電解液的電化學設施內，或在所述電池的電解液流入處、流出處，或所述電池內的管道處，或所述電池之外的管道處中的至少一處採用使流動的電解液被絕緣材料隔斷的方法。
[0049]實施本發明方法的具體方案如下:
實施例1
參見圖3A、圖3B、圖3C，在進液和出液的流道中分別加裝隔斷葉輪G，所述隔斷葉輪G包括外殼2、輪轂6、多個隔斷葉片3、葉輪軸5，8個隔斷葉片3間隔地設置在輪轂6上。流入隔斷葉輪G的電解液衝擊隔斷葉片3旋轉，電解液在葉輪的葉片3的兩邊被隔斷開，隔斷葉片3是用絕緣材料製成，絕緣材料採用尼龍，液流中的電流的連通、傳導因此被斷開，從而杜絕了由電解液連續流動所造成的短路、漏電。圖3A、圖3B、圖3C是轉角式隔斷葉輪，圖3D是直通式隔斷葉輪。
[0050]參見圖5，在電池板框架4的A電解液流入口 1、A電解液流出口 6處附近均設有的隔斷葉輪2、5，經隔斷葉輪2、5阻隔後，中部的導電液與總管完全絕緣，從而杜絕了由電解液連續流動所造成的斷路、漏電。
[0051]實施例2 參見圖4A、圖4B和圖4C，所述閥門隔斷裝置包括彈性殼體3、上、下閥門4、2、電解液流進、流出支管1、5以及擠壓裝置，圖中未示出擠壓裝置，所述電解液流進、流出支管1、5分別位於彈性殼體的下端和上端，所述上、下閥門4、2分別位於所述彈性殼體3內的下進口和上出口處，上閥門4和下閥門2是彈性橡膠體，部分與彈性殼體3連接，部分可以開關。所述擠壓裝置具有擠壓圈和控制器，擠壓圈套裝在彈性殼體外，所述控制器接收脈衝電壓，當脈衝電壓為高電平時，所述擠壓圈向內擠壓彈性殼體，使下閥門2關閉上閥門4開啟，當脈衝電壓為低電平時，擠壓圈鬆開彈性殼體3，彈性殼體3依靠自身彈性恢復回位，使下閥門4打開上閥門2關閉。如此循環，電解液在上下閥門4、2兩邊被斷開、液流中的電流的傳導因此斷開，從而杜絕了由電解液連續流動所造成的短路、漏電。
[0052]可見，本發明在進液的流道中加裝閥門隔斷裝置，下進上出，流入的電解液充滿彈性殼體3，圖4B外力擠壓裝置體，彈性殼體3內壓加大，向下壓緊下閥門2、向上推開上閥門4，彈性殼體3中的液流從上閥門4流出。圖4C為擠壓裝置撤離彈性殼體3，彈性殼體3向外回復、內壓降低，收緊上閥門4，吸起下閥門2、電解液流從下閥門2流入彈性殼體3中。如此，電解液在上下閥門兩邊被斷開，電解液流中的電流的傳導因此斷開，從而杜絕了由電解液連續流動所造成的短路、漏電。閥門隔斷裝置動作時需要控制擠壓裝置，通過控制器完成。
[0053]本實施例的彈性殼體3可以採用橡膠製成。
[0054]實施例3
參見圖6A、圖6B和圖6C，對於大、中型液流電池板，也可以在進液和出液的流液管中分別加裝隔斷葉輪2、14，也可以在出液口使用直徑較大的電解液流出總管3、13，並把上部的支管制作成波紋管，並垂直安裝，使流出的電解液在自由下落到波紋處時斷開；特意使用直徑較大的電解液流出總管3、13，讓流出總管3、13的上部腔體總是空出一半，這樣出液支管中的電解液只能跌落到總管液面，使流出的電解液的液流斷開、電傳導完全斷開，從而杜絕了由電解液連續流動所造成的斷路、漏電。電解液流出總管3、13的直徑大於支管直徑30-60倍。電解液流出總管3、13也可以採用直徑較大的容器，如桶狀體容器。
[0055]含有流動電解液的電化學設施還包括電解槽，本發明的防漏電方法和上述實施例的防漏電裝置同樣可以適用於電解槽中。
【權利要求】
1.一種含有流動電解液的電化學設施的防漏電方法，其特徵在於:在電化學設施流動電解液的流道中加裝由絕緣材料製成的防漏電的隔斷裝置，使電解液在流動時被絕緣材料隔斷，使液流電路斷開、形成斷路。
2.根據權利要求1所述的一種含有流動電解液的電化學設施的防漏電方法，其特徵在於:在含有流動電解液的電化學設施內，或在電解液流入、流出所述含有流動電解液的電化學設施處、或在含有流動電解液的電化學設施的管道處或管道外中的至少一處設有絕緣材料製成的防漏電隔斷裝置。
3.一種使用權利要求1或2含有流動電解液的電化學設施的防漏電方法的防漏電隔斷裝置，其特徵在於:在含有流動電解液的電化學設施內，或在電解液流進或流出電化學設施的管路中加裝由絕緣材料製成的防漏電的隔斷裝置，所述防漏電隔斷裝置為絕緣材料製成的隔斷葉輪，所述隔斷葉輪包括外殼、輪轂、多個隔斷葉片、葉輪軸，所述多個隔斷葉片間隔地設置，隔斷葉片被液流推動旋轉，絕緣材料製成的隔斷葉輪隔斷了導電液流的電路。
4.根據權利要求3所述的防漏電隔斷裝置，其特徵在於:所述隔斷葉輪的外殼為轉角式，或直通式，所述隔斷葉輪葉片數量範圍為3-20片，所述隔斷葉輪的葉片是平面形、或是彎曲面、或是「勺」形曲面。
5.根據權利要求3所述的防漏電隔斷裝置，其特徵在於:所述含有流動電解液的電化學設施主要包括氧化還原液流電解槽或氧化還原液流電池組。
6.一種使用權利要求1或2所述含有流動電解液的電化學設施的防漏電方法的防漏電隔斷裝置，其特徵在於:所述含有流動電解液的電化學設施主要包括氧化還原液流電池組或電解槽，在電解液的出液處配置直徑較大的總管或體積較大的容器，流入總管或容器的管體為垂直的波紋管，並使得總管或容器上部腔體部分空出，從而形成電解液因自由落體呈現斷續流動狀態。
7.根據權利要求6所述的防漏電隔斷裝置，其特徵在於:還設有在進液和/或出液的管體上分別加裝由絕緣材料製成的隔斷葉輪，所述隔斷葉輪包括外殼、輪轂、多個隔斷葉片、葉輪軸，所述多個隔斷葉片間隔地設置，隔斷葉片被液流推動旋轉，絕緣材料製成的隔斷葉輪隔斷了導電液流的電路。
8.一種使用權利要求1或2所述含有流動電解液的電化學設施的隔斷防漏電方法，其特徵在於:所述含有流動電解液的電化學設施主要包括氧化還原液流電池組或電解槽，所述氧化還原液流電池組包括電池板，在電解液流通的進液或出液管體上，或在電池板的支管上加裝有絕緣材料製成的齒輪液泵或者是柱塞液泵，以達到隔斷電路。
9.一種使用權利要求1或2所述含有流動電解液的電化學設施的隔斷防漏電方法，其特徵在於:所述含有流動電解液的電化學設施主要包括氧化還原液流電池組或電解槽，在電解液流通的進液或出液管體上加裝絕緣材料製成的閥門隔斷裝置，或是瓣膜隔斷裝置，以達到隔斷電路形成斷路。
【文檔編號】H01M8/04GK103633347SQ201210303428
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月24日 優先權日:2012年8月24日
【發明者】晏成和, 楊立章, 羅臬, 崔驥 申請人:崔驥, 羅臬, 晏成和