一种冷凝水回收及排气一体装置及液流电池储能系统的制作方法

本技术涉及液流电池储能，特别是涉及一种冷凝水回收及排气一体装置及液流电池储能系统。

背景技术：

1、液流电池储能系统是一种新型的电化学储能技术，主要由电堆、电解液储罐、循环泵、管路系统、热管理系统、电控系统、电力转换单元以及安全与辅助系统等核心部件组成。在充电过程中，循环泵推动正负极电解液分别流经电堆，正极电解液在正极发生氧化反应，负极电解液在负极发生还原反应，实现电能向化学能的转化并储存在电解液中；而在放电过程中，电解液继续流动，正极电解液在正极发生还原反应，负极电解液在负极发生氧化反应，将化学能释放并转化为电能输出。

2、目前，液流电池储能系统的储罐通常采用独立的水封装置和氮封系统进行气体管理，导致系统结构复杂、占用空间大，且维护成本较高。对于如全钒液流电池等电池，由于其环境适应性弱，系统中通常配备有制冷装置，能够在温度升高时及时降温，保障电解液的稳定性和系统的安全运行；对于如硫铁液流电池、铁铬液流电池等环境适应性强、运行温度范围广的液流电池系统而言，制冷系统并非必需，反而高温有助于提升氧化还原反应速率，提高充放电效率。这类系统在高温环境下运行稳定，不易发生沉淀或水解；但如果采用独立设置的水封装置和氮封系统，容易导致电解液水分大量蒸发，盐分浓度升高，最终引发电解液结晶，堵塞电堆，严重影响系统的充放电性能和寿命。

3、随着液流电池储能技术在大规模储能、可再生能源并网等领域的广泛应用，对系统的可靠性和运行效率提出了更高要求；尤其是在高温或复杂环境下，电解液的水分管理和气体排放成为影响系统稳定运行的关键因素，因此亟需开发一种装置解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本实用新型解决现有技术的不足而提供一种能够有效减少电解液水分损失、降低结晶风险的冷凝水回收及排气一体装置，以及提供一种装配了上述冷凝水回收及排气一体装置的液流电池储能系统，从而优化储罐结构，提升液流电池储能系统的整体运行效率、安全性和经济性。

2、为实现上述第一个目的，本实用新型提出了一种冷凝水回收及排气一体装置，包括第一管路、冷凝水回收装置和水封装置，第一管路与冷凝水回收装置的进口连接，冷凝水回收装置的出口与三通接头的进口连接，三通接头的两个出口分别与第二管路和第三管路连接，所述第二管路与水封装置的进口连接，所述第三管路上安装有排气阀门，所述第二管路上安装有止回阀，所述水封装置内设有监测水封装置内压力的压力传感器。

3、本实施方式中，所述冷凝水回收装置包括螺旋冷凝管和外部冷却源，所述第一管路的出口端与螺旋冷凝管底部的进口连接，所述螺旋冷凝管的出口与所述三通接头的进口连接，外部冷却源用于给螺旋冷凝管降温。

4、本实施方式中，所述外部冷却源为风扇，所述风扇紧贴所述螺旋冷凝管。

5、本实施方式中，所述螺旋冷凝管采用316l不锈钢或钛合金或聚四氟乙烯或高分子复合材料的螺旋冷凝管。使得螺旋冷凝管具有耐腐蚀、耐高温的特性，从而适应不同电解液体系的腐蚀性和温度要求。

6、本实施方式中，所述冷凝水回收装置设置有多级，多级冷凝水回收装置相互串联。

7、为实现上述第二个目的，本实用新型提出了一种液流电池储能系统，包括制氮机组、电解液储罐和上述的冷凝水回收及排气一体装置，所述电解液储罐上设有进液口、出液口、进气口和排气口，所述制氮机组的氮气出口通过氮气输送管路与电解液储罐的进气口连接，所述氮气输送管路上安装有补气阀，所述电解液储罐的进液口与回液管路连接，电解液储罐的出液口与出液管路连接，电解液储罐的排气口与冷凝水回收及排气一体装置的第一管路连接。

8、本实施方式中，还包括控制模块，所述控制模块与排气阀门、补气阀和压力传感器连接。

9、采用上述结构，本实用新型具有如下优点：

10、1、本实用新型的冷凝水回收及排气一体装置，在水封装置的进口设置有冷凝水回收装置，在液流电池储能系统运行过程中，当需要排气时，电解液储罐内高温气体（含水蒸气）先进入冷凝水回收装置进行冷凝水回收；本申请冷凝水回收装置采用螺旋冷凝管，气体在螺旋冷凝管内流动时，与外部冷却源形成较大温差，水蒸气迅速冷凝为液态水，冷凝水在重力作用下沿螺旋冷凝管的管壁回流至电解液储罐，有效补充因蒸发损失的水分，维持电解液浓度稳定，防止结晶析出和电堆堵塞。

11、2、本实用新型的冷凝水回收及排气一体装置的水封装置内设置有压力传感器，通过监测水封装置内的压力，可对应获取电解液储罐内的压力，当压力达到设定值时，开启排气阀门实现排气；水封装置还同时作为一种机械式保险装置，在设备出现故障电解液储罐内压力过高，实现排气，保证整个装置的安全运行。

12、3、本实用新型的冷凝水回收装置采用螺旋冷凝管，减小占地面积的前提下实现高效的冷凝效果；而且螺旋冷凝管的管道长度和直径可根据设备的规模灵活设计，从而保证不同型号装置冷凝水回收的效率。

13、4、本实用新型的液流电池储能系统采用了冷凝水回收及排气一体装置，解决了现有液流电池储能系统在高温或宽温运行环境下，储罐系统水分管理不足、易导致电解液结晶、系统结构复杂等实际问题；该装置不仅能够有效减少系统内部水分的蒸发，降低电解液因水分损失而产生晶体析出的风险，还通过将水封装置与氮封系统有机结合，实现了补气与排气功能的一体化，大幅简化了储罐顶部结构，减少了法兰数量，提升了系统的安全性和可靠性。

14、5、本实用新型的液流电池储能系统通过控制系统可以在回收冷凝水的同时，实现自动补气和排气，在排气压力小于水封压力时，排气优先通过排气阀门排出，确保系统压力平衡；当系统再次需要补气时，通过控制系统控制补气阀开启，完成自动补气；当压力传感器监测到电解液储罐内压力过高时，开启排气阀门实现自动排气。

15、综上所述，本装置能够有效防止电解液因水分蒸发导致的结晶现象，避免电堆堵塞，提高系统的安全性和可靠性，降低维护成本，延长设备使用寿命，提升系统整体运行效率，同时，本装置结构紧凑，有助于优化储罐空间布局，为液流电池储能系统的高效、稳定运行提供了坚实的保障，推动了液流电池储能技术在大规模储能和复杂环境应用中的发展。

1.一种冷凝水回收及排气一体装置，其特征在于：包括第一管路、冷凝水回收装置和水封装置，第一管路与冷凝水回收装置的进口连接，冷凝水回收装置的出口与三通接头的进口连接，三通接头的两个出口分别与第二管路和第三管路连接，所述第二管路与水封装置的进口连接，所述第三管路上安装有排气阀门，所述第二管路上安装有止回阀，所述水封装置内设有监测水封装置内压力的压力传感器。

2.根据权利要求1所述的冷凝水回收及排气一体装置，其特征在于：所述冷凝水回收装置包括螺旋冷凝管和外部冷却源，所述第一管路的出口端与螺旋冷凝管底部的进口连接，所述螺旋冷凝管的出口与所述三通接头的进口连接，外部冷却源用于给螺旋冷凝管降温。

3.根据权利要求2所述的冷凝水回收及排气一体装置，其特征在于：所述外部冷却源为风扇。

4.根据权利要求2所述的冷凝水回收及排气一体装置，其特征在于：所述螺旋冷凝管采用316l不锈钢或钛合金或聚四氟乙烯或高分子复合材料的螺旋冷凝管。

5.根据权利要求1所述的冷凝水回收及排气一体装置，其特征在于：所述冷凝水回收装置设置有多级，多级冷凝水回收装置相互串联。

6.一种液流电池储能系统，包括制氮机组、电解液储罐和权利要求1至5任意一项所述的冷凝水回收及排气一体装置，其特征在于：所述电解液储罐上设有进液口、出液口、进气口和排气口，所述制氮机组的氮气出口通过氮气输送管路与电解液储罐的进气口连接，所述氮气输送管路上安装有补气阀，所述电解液储罐的进液口与回液管路连接，电解液储罐的出液口与出液管路连接，电解液储罐的排气口与冷凝水回收及排气一体装置的第一管路连接。

7.根据权利要求6所述的液流电池储能系统，其特征在于：还包括控制模块，所述控制模块与排气阀门、补气阀和压力传感器连接。