电解液储罐自动泄压装置的制作方法

本发明涉及液流电池领域，特别涉及一种电解液储罐自动泄压装置。

背景技术：

全钒液流电池是一种技术较为年轻的新型储能电池，特别适用于大容量储能的应用场合，其基本原理为：将具有不同价态的钒离子溶液分别储存正极和负极电解液储罐中，通过外接泵单独向电池模块提供正、负极电解液，并在电池内部发生氧化还原反应后，各自返回储罐，如此不断循环，完成电能与化学能的相互转换。

全钒液流电池的电解液需与空气隔绝，如果与空气接触，将导致部分低价钒离子被空气氧化，造成容量损失，降低电池充放电效率，故钒电池储罐一般采用惰性气体保护。但钒电池在运行中，电解液将析出副反应气体，在储罐内部不断积累，导致储罐压力逐步上升，超过储罐的设计压力时，可能导致储罐破裂，发生严重的安全事故。同时，电解液析出的微量气体含氢气成分，存在可燃可爆的危险，应及时排出，以保障安全。

为此，为了解决上述安全问题，现有技术中通常采用一种排气系统将储罐内的气体排出，该排气系统包括管路和泄压阀，管路连接于储罐的排气口并与储罐的气室相连通，泄压阀设置于管路中，当储罐的气室压力高于设定值时，泄压阀打开，气体自动释放，从而保证储罐安全可靠地工作。然而，采用上述结构形式存在以下缺陷：全钒液流电池用电解液储罐一般为常压罐，当罐内压力略微上升时，应及时排除，同时，全钒液流电池的设计寿命一般为10～15年，长期运行情况下，泄压阀的弹性元件和密封件长期处于酸性气体氛围下，容易发生腐蚀或老化，从而影响压力保护的准确度，甚至失效，进而导致储罐内的气体不能及时排出而使得储罐的安全性和可靠性较低。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中排气系统中泄压阀易被腐蚀或老化而影响的压力保护的准确度、甚至失效、导致储罐的安全性、可靠性较低的缺陷，提供一种电解液储罐自动泄压装置，其能够灵活地控制电解液储罐压力，保障电解液与外界大气隔绝，保证电解液储罐的安全性和可靠性，进而提高全钒液流电池运行的安全性和可靠性。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种电解液储罐自动泄压装置，包括一电解液储罐，所述电解液储罐具有一上部气室和与所述上部气室相连通的一排气口，所述电解液储罐自动泄压装置还包括：

一水封装置，所述水封装置具有一储水室、一进气口和一排气口，所述储水室用于储存水，所述电解液储罐的所述排气口与所述水封装置的所述进气口连接并与所述储水室连通，形成一气体进水流路，且所述气体进水流路中位于所述储水室内的一端在所述水封装置的高度方向上位于所述水封装置的所述排气口的下方；

其中，当所述电解液储罐的所述上部气室的压力超过设定值时，所述上部气室内的气体依次经所述电解液储罐的所述排气口、所述水封装置的所述进气口、所述储水室内的水和所述水封装置的所述排气口排出。

较佳地，所述水封装置还具有位于所述储水室上方的一气室，所述气室与所述排气口相连通；

其中，当所述电解液储罐的所述上部气室的压力超过设定值时，所述上部气室内的气体依次经所述电解液储罐的所述排气口、所述水封装置的所述进气口、所述储水室内的水、所述气室和所述水封装置的所述排气口排出。

较佳地，所述电解液储罐自动泄压装置还包括一进气管道，所述进气管道具有一第一端和一第二端，所述进气管道的所述第一端与所述电解液储罐的所述排气口连接，所述进气管道连接于所述进气口，且所述进气管道的所述第二端延伸至所述储水室内，并在所述水封装置的高度方向上位于所述水封装置的所述排气口的下方，以形成所述气体进水流路。

较佳地，所述电解液储罐自动泄压装置还包括一进气管道，所述进气管道具有一第一端和一第二端，所述进气管道的所述第一端与所述电解液储罐的所述排气口连接，所述进气管道的所述第二端连接于所述进气口；

所述水封装置包括一水封箱，所述水封箱包括箱体、所述储水室、所述进气口和所述排气口，所述进气口和所述排气口均设置于所述箱体，所述储水室形成于所述箱体的内部，所述进气口内设有一进气延伸管，所述进气延伸管的一端延伸至所述储水室内，并在所述水封装置的高度方向上位于所述水封装置的所述排气口的下方。

较佳地，所述箱体由半透明材质或透明材质制得。

较佳地，所述水封装置还具有与所述储水室相连通的一液位开关口，在所述水封装置的高度方向上，所述液位开关口位于所述气体进水流路中位于所述储水室内的一端与所述水封装置的所述排气口之间；

所述电解液储罐自动泄压装置还包括一液位开关，所述液位开关与液位开关口连接，当所述储水室内的液位降低至所述液位开关口的位置时，所述液位开关动作。

较佳地，所述水封装置还具有一进水口，所述进水口用于将水输送至所述储水室内；

所述电解液储罐自动泄压装置还包括：

一进水管道，所述进水管道的一端连接于所述进水口；

一进水阀，所述进水阀设置于所述进水管道。

较佳地，所述电解液储罐自动泄压装置还包括：

一控制器，所述控制器与所述液位开关、所述进水阀电连接，所述控制器用于接收所述液位开关所发出的信号，并向所述进水阀发出开闭的命令。

较佳地，所述水封装置还具有一溢流口，在所述水封装置的高度方向上，所述溢流口位于所述气体进水流路中位于所述储水室内的一端与所述水封装置的所述排气口之间；

所述电解液储罐自动泄压装置还包括一溢流管，所述溢流管连接于所述溢流口。

较佳地，所述水封装置还具有一排污口，所述排污口位于所述储水室的下方并与所述储水室相连通；

所述电解液储罐自动泄压装置还包括：

一排污管，所述排污管连接于所述排污口；

一排污阀，所述排污阀设置于所述排污管。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

(1)采用水封装置，能够有效隔绝电解液储罐内的电解液与外界大气接触，同时，无需设置泄压阀，仅需通过保证储水室内的液位高度，便能够使得在电解液储罐内的压力超过设定压力的情况下电解液储罐内的气体自动经电解液储罐的排气口、进气口、储水室内的水和水封装置的排气口排出，避免电解液储罐超压，保证电解液储罐的安全性和可靠性，进而提高全钒液流电池运行的安全性和可靠性；

(2)通过调节储水室内的液位高度，便能够灵活地控制电解液储罐的压力保护值；

(3)电解液储罐内产生的酸性气体经水封装置后已消除，经水封装置的排气口排出的气体无污染，环境友好；

(4)该电解液储罐自动泄压装置结构简单，安全可靠，实施方便。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的电解液储罐自动泄压装置的原理示意图；

图2为本发明较佳实施例的电解液储罐自动泄压装置的水封装置的主视结构示意图；

图3为本发明较佳实施例的电解液储罐自动泄压装置的水封装置的俯视结构示意图。

附图标记说明：

电解液储罐1

上部气室11

排气口12

水封装置2

箱体20

储水室21

气室22

进气口23

排气口24

进气延伸管25

液位开关口26

进水口27

溢流口28

排污口29

进气管道3

排气管道4

液位开关5

进水管道6

进水阀7

溢流管8

排污管9

排污阀10

初始液位高度h1

进气延伸管的底端与储水室的底端之间的距离h2

液位开关口的轴线所在的高度h3

初始液位与进气延伸管的底端之间的距离h0

液位开关口的轴线与进水延伸管的底端之间的距离h0＇

具体实施方式

本发明的各种实施例将参照附图进行说明。在说明书及附图中，具有类似结构或功能的元件将用相同的元件符号表示。可以理解，附图仅为提供参考与说明使用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为便于清晰描述，而并不限定比例关系或对本发明进行穷尽性的说明，也不是对本发明的范围进行限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

图1示出了一种电解液储罐自动泄压装置的原理示意图。电解液储罐自动泄压装置包括一电解液储罐1和一水封装置2。所述电解液储罐1具有一上部气室11和与上部气室11相连通的一排气口12。

图2和图3示出了一种水封装置2的结构示意图。如图1-3所示，水封装置2具有用于储存水的一储水室21、一进气口23和一排气口24。电解液储罐1的排气口12与水封装置2的进气口23连接并与储水室21连通，形成一气体进水流路，且气体进水流路中位于储水室21内的一端在水封装置2的高度方向上位于水封装置2的排气口24的下方。在本实施例中，气体进水流路并不包含储水室21。

其中，当所述电解液储罐1的上部气室11的压力超过设定值时，上部气室11内的气体依次经电解液储罐1的排气口12、水封装置2的进气口23、储水室21内的水和所述水封装置2的排气口24排出。水封装置2的排气口24与一排气管道4连接，经排气口24的气体最终由排气管道4排向大气。储水室21内的水优选为工业水。

在本实施例中，采用水封装置2能够有效隔绝电解液储罐1内的电解液与外界大气接触，同时，无需设置泄压阀，仅需通过保证储水室21内的液位高度，便能够使得在电解液储罐1内的压力超过设定压力的情况下电解液储罐1内的气体自动经电解液储罐1的排气口12、进气口23、储水室21内的水和水封装置2的排气口24排出，避免电解液储罐1超压，保证电解液储罐1的安全性和可靠性，进而提高全钒液流电池运行的安全性和可靠性。

另外，该电解液储罐自动泄压装置结构简单，安全可靠，实施方便。此外，通过调节储水室21内的液位高度，便能够灵活地控制电解液储罐的压力保护值。同时，因电解液储罐内产生的酸性气体经水封装置2后已消除，经水封装置2的排气口24排出的气体无污染，环境友好。

如图1所示，所述电解液储罐自动泄压装置还包括一进气管道3，所述进气管道3具有一第一端和一第二端。所述进气管道3的第一端与电解液储罐1的排气口12连接，进气管道3的第二端连接于进气口23。

结合图2-3予以理解，所述水封装置2包括一水封箱，水封箱包括箱体20、所述储水室21、所述进气口23和所述排气口24，进气口23和排气口24均设置于箱体20，所述储水室21形成于箱体20的内部。所述进气口23内设有一进气延伸管25，进气延伸管25的一端延伸至储水室21内，并在水封装置2的高度方向上位于水封装置2的排气口24的下方。也就是说，进水延伸管的底端位于储水室21内并位于水封箱的排气口24下方。其中，电解液储罐1的排气口12、进气管道3、水封箱的进气口23、进气延伸管25依次连接，形成有所述气体进水流路。

在本实施例，储水室21的初始液位高度用标记h1表示，进气延伸管25的底端与储水室21的底端之间的距离用标记h2表示，初始液位与进气延伸管25的底端之间的距离用标记h0表示。当储水室21内的水达到初始液位高度时，进水延伸管内的水的高度为h0＝h1-h2，此时，当电解液储罐1内的压力p达到ρgh0时，电解液储罐1内的气体便能经进气口23、储水室21内的水、水封箱的排气口24排出。其中，ρ为储水室内水的密度，g为重力加速度。同时，h0实际为初始液位与进水延伸管的底端之间的高度差。h0越大，电解液储罐1的压力保护值的上限越大。在实际的使用中，初始液位的位置在水封装置2的高度方向上位于水封箱的排气口24的下方。

在另一可替代的实施例中，在进气口23内并不设置进气延伸管25，将进气管道3连接于所述进气口23，进气管道3的第一端与电解液储罐1的排气口12连接，且进气管道3的第二端延伸至储水室21内，并在水封装置2的高度方向上位于水封装置2的排气口24的下方，以形成所述气体进水流路。当然，本领域技术人员可以理解，电解液储罐1的排气口12与储水室21连通的方式并不局限于上述结构形式，也可以采用其他可替代的实施方式，在此并不对本发明的保护范围产生限定作用。

优选地，水封箱的进气口23和排气口24均设置于箱体20的顶部，进气口23与排气口24间隔设置，且进气口23与排气口24的轴线方向与箱体20的高度方向平行。在本实施例中，所述箱体20由半透明材质或透明材质制得。这样便于查看储水室21内液位高度。

进一步优选地，所述水封箱还具有位于储水室21上方的一气室22，气室22与所述排气口24相连通。且气室22形成于箱体20内。其中，当所述电解液储罐1的上部气室11的压力超过设定值时，所述上部气室11内的气体依次经电解液储罐1的排气口12、水封装置2的进气口23、储水室21内的水、气室22和水封装置2的排气口24排出。

如图1-3所示，所述水封装置2还具有与储水室21相连通的一液位开关口26。在所述水封装置2的高度方向上，所述液位开关口26位于气体进水流路中位于储水室21内的一端与水封装置2的排气口24之间。在本实施例中，液位开关口26设置于箱体20的侧壁，并在箱体20的高度方向上位于进水延伸管的底端与水封箱的排气口24之间。优选地，液位开关口26的轴线与箱体20的高度方向垂直。在使用时，在箱体20的高度方向上，液位开关口26的轴线所在的高度位于进水延伸管的底端与初始液位的位置之间。其中，液位开关口26的轴线所在的高度用标记h3表示，则液位开关口26的轴线与进水延伸管的底端之间的距离为h0＇＝h3-h2。

所述电解液储罐自动泄压装置还包括一液位开关5，所述液位开关5与液位开关口26连接，当储水室21内的液位降低至液位开关口26的位置时，液位开关5动作。此时，进水延伸管内的水的高度为h0＇，当电解液储罐1内的压力p达到ρgh0＇时，电解液储罐1内的气体便能经进气口23、储水室21内的水、水封箱的排气口24排出。同时，h0越小，电解液储罐1的压力保护值的下限越小，h0越大，电解液储罐1的压力保护值的下限越大。

另外，所述水封装置2还具有一进水口27，所述进水口27用于将水输送至储水室21内。在本实施例中，进水口27设置于箱体20的侧壁。优选地，在箱体20的高度方向上，进水口27位于排气口24的下方，并位于液位开关口26的上方。在使用时，进水口27位于初始液位的位置的上方。

所述电解液储罐自动泄压装置还包括一进水管道6、一进水阀7和一控制器。进水管道6的一端连接于进水口27，进水阀7设置于进水管道6。控制器与液位开关5、进水阀7电连接，控制器用于接收液位开关5所发出的信号，并向所述进水阀7发出开闭的命令。优选地，进水阀7采用进水电动阀。

在储水室21内的液位位置降低至液位开关口26的位置时，液位开关5动作联动打开进水阀7，可通过进水管道6经进水口27向储水室21内自动进水，使得储水室21内的液位高度升高至初始液位高度，进一步保证了全钒液流电池长时间运行的安全和可靠性。在储水室21内的液位达到初始液位(即设计液位)时，关闭进水阀7，该过程电动阀的启闭间隔时间由初次调试确定。在本实施例中，水封箱内初始液位高度根据电解液储罐1的设计压力确定，当液位由于水蒸发降低至液位开关口26的位置时，液位开关5动作，连锁打开与进水口27相连的进水阀7，由进水管道6向水封箱的储水室21进水。

此外，所述水封装置2还具有一溢流口28，在水封装置2的高度方向上，溢流口28位于气体进水流路中位于所述储水室21内的一端与水封装置2的排气口24之间。优选地，溢流口28设置于箱体20的侧壁。溢流口28的轴线方向垂直于箱体20的高度方向。在水封装置2的高度方向上，溢流口28的轴线所在的高度位置位于液位开关口26的上方。在使用时，溢流口28位于初始液位的位置的上方。优选地，溢流口28位于进水口27的下方。

所述电解液储罐自动泄压装置还包括一溢流管8，所述溢流管8连接于溢流口28。在储水室21内的液位高度超过初始液位高度的意外情况下，溢流口28的设置，使得储水室21内的液位位置达到溢流口28的位置时，储水室21内的水经溢流口28、溢流管8排出并优选排向废水收集点，避免储水室21内的水向电解液储罐1倒灌。

如图1-3所示，所述水封装置2还具有一排污口29，排污口29位于储水室21的下方并与储水室21相连通。优选地，排污口29设置于箱体20的底部。电解液储罐自动泄压装置还包括一排污管9和一排污阀10，排污管9连接于排污口29，排污阀10设置于排污管9。电解液储罐1排气含有酸性气体，长期运行情况下，储水室21内的水将逐步呈酸性，可定期手动打开排污阀10，进行水的置换。

以下以200kw/400kwh钒电池储能系统举例说明该电解液储罐自动泄压装置所具有的技术效果。正、负极电解液储罐的材质为聚丙烯，许用压力为5000pa(g)，其上部气室通过直管相通。实施本发明方案，将负极电解液储罐的排气口12与水封箱的进气口相连，水封箱及附属管道的材质均采用聚丙烯材质，进气口的插入管(在本实施例中，插入管为进气延伸管25)底部与液位开关口26的轴线的高度差h0＇为50mm，初始液位与液位开关口26的轴线的高度差为150mm，即储罐保护压力设定为200mmh2o。长期运行条件下，罐内压力维持在500～2000pa(g)之间，系统运行稳定。

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。