本实用新型属于液流电池领域，涉及一种液流电池冷却的装置。
背景技术：
全钒液流电池在充放电过程中发生连续的化学反应产生了大量热量，过高的热量会让钒储能介质持续升温，当液温度升高，粘度降低，流动性和活性增强，有助于提高系统的充放电效率，但当钒储能介质温度过高且五价钒达到一定浓度值时，就会生成并析出五氧化二钒固体，五氧化二钒固体的析出和沉积会影响电池的正常使用，降低电池使用寿命。为了让电池系统更加地安全运转，合理地控制钒储能介质温度以避免固态晶体析出，就需要为液流电池系统加上一个换热装置。
常见的液流电池换热装置有水冷循环换热装置，风冷换热器换热装置，水冷和风冷循环换热系统是通过冷却水或冷风与高温钒储能介质进行热交换以达到降温作用，水冷式换热系统需要循环水塔系统或不间断供水源，水温受限于环境温度，同样风冷式换热装置的换热能力也受限于环境温度和空气的干湿度。这些因素都会导致换热装置降温能力低下，换热效率不稳定等问题；由于换热效率低（水和空气温度比较高，与电解液间温差小，风冷换热器换热系数低），换热器占用大量系统空间，同样由于换热效率低，需要大量冷媒（冷水或冷空气）输送，在大规模储能项目中，冷媒输送通道也是设计的难点。
为了提高全钒液流电池的稳定性和安全性，同时提高系统的集成度、促进大规模应用发展，需要发明一种适用于全钒液流电池系统、在任何环境条件下都可以稳定运行，且高度集成，安装施工便利的高效换热装置。
技术实现要素：
为了解决钒储能介质降温的问题，本实用新型提出如下方案：一种高效液流电池系统换热装置，主要由蒸发器、压缩机和冷凝器组成；蒸发器集成在电池系统中，作为换热系统内机，压缩机和冷凝器集成在一起为压缩制冷机，作为换热系统外机放置在通风位置；或者蒸发器和压缩机一起集成在电池系统中，冷凝器单独放置在通风位置。
作为技术方案的补充：蒸发器安装于储罐与电堆之间的循环管路中，蒸发器热端出口与钒储能介质管道相连接，蒸发器冷端通过冷媒管路与压缩制冷机连通，钒储能介质通过循环泵从电解液储罐内抽出，经过过滤器、电堆，钒储能介质在堆内发生氧化还原反应，反应后的钒储能介质由管路输至蒸发器进口，在蒸发器内与冷媒进行换热，并从出口回至储罐并以此反复循环。
作为技术方案的补充：所述的一种高效液流电池系统换热装置，其蒸发器是立式或卧式安装的管壳式换热器或蛇形盘管式蒸发器或翅片式蒸发器或板式换热器。
作为技术方案的补充：冷凝器采用风冷式，通过轴流风机把冷凝器的热量瞬间带走；或冷凝器为水冷冷凝器。
作为技术方案的补充：所述的一种高效液流电池系统换热装置，其外壳为耐腐蚀、绝缘外壳，为PP、HDPE、pvc、cpvc、ABS材料中的一种制成。
作为技术方案的补充：蒸发器内部热交换冷媒循环管路为采用耐腐蚀金属材料的管路，为钛金属、钽金属、哈氏合金中的一种制成，或者为采用外衬耐腐蚀材料的管路，为PTFE、PP、PVC、复合陶瓷外衬中的一种制成，或者为采用耐腐蚀涂层方式的管路，为涂层材料环氧脂、聚四氟、TPEP中的一种制成。
作为技术方案的补充：蒸发器内部冷媒循环管路与蒸发器外部冷媒进出口管路连接处采用耐腐蚀绝缘接头，绝缘接头为采用氯丁橡胶、环氧脂、PEEK、SMC复合材料、复合陶瓷中的一种制成。
有益效果：
1.克服传统水冷换热器和风冷换热器受环境温度影响大、使用条件苛刻，换热器体积大、安装难度高等问题，本发明所使用的换热系统可以在任意温度条件下使用，无需提供循环冷却水，换热速度快，换热负荷受环境影响波动小，有利于电池系统的操作灵活性和稳定性，由于换热效率高，冷媒使用量少，无论设备本体或冷媒传输管道体积大大缩小，提高系统集成度，降低施工难度。
2.蒸发器进、出口连接于液流电池的循环管路中，系统在运行时，热源（氧化还原反应后高热量储能介质）不断地流经蒸发器，并在内部进行热交换，有效的起到了降温，降热的作用。
3. 蒸发器（内机）适用性强，本换热装置其内机可以是“是管壳式换热器，蛇形盘管式蒸发器，翅片式蒸发器，板式换热器等多种类蒸发器。”更加灵活满足实际应用需求。
4. 冷凝器的冷凝方式可采用风冷，水冷，适用不同环境工况条件。
5.耐腐蚀，高绝缘塑料材质壳体具有强耐腐蚀和高绝缘性。
6.蒸发器内部冷媒循环管路采用耐腐蚀金属材质。
7.绝缘接头，避免压缩制冷机和冷媒连接管带电，使用更加安全，抗腐蚀性，热膨胀系数小，机械强度大寿命长。
附图说明
图1是高效液流电池系统换热装置的结构示意图；
图2是全钒液流电池的结构示意图；
图3是对螺旋角度改进前的入口对应盘管的螺旋开角的示意图；
图4是对螺旋角度改进后的入口对应盘管的螺旋开角的示意图；
图5是对螺旋角度改进前的入口对应流速矢量分布图；
图6是对螺旋角度改进后的入口对应流速矢量分布图；
图7是对螺旋角度改进前的入口对应压力矢量分布图；
图8是对螺旋角度改进后的入口对应压力矢量分布图；
图9是三层盘管的结构放大图；
图10是蒸发器与冷凝器的冷媒管路连接示意图；
图11是高效液流电池系统换热装置的结构示意图。
其中：1.电堆，2.过滤器，3.循环泵，4.电解液储罐，5.蒸发器，6.冷凝器，7.冷媒盘管，8.法兰盲板，9.冷凝器的冷媒进口管路，10.冷凝器的冷媒出口管路，11.钒储能介质的进口，12.钒储能介质的出口，13.蒸发器的冷媒进口管路，14..蒸发器的冷媒出口管路，15.绝缘接头。
具体实施方式
实施例1：为了提高全钒液流电池的稳定性和安全性，同时提高系统的集成度、促进大规模应用发展，本实施例提供发明一种适用于全钒液流电池系统的钒储能介质换热装置及全钒液流电池系统，以适应于不同环境条件下能稳定运行，且高度集成，安装施工便利。
图1所示，一种高效液流电池系统换热装置，主要由蒸发器、压缩机和冷凝器组成，常规使用时，蒸发器安装在全钒液流电池的电堆与储罐之间的连接管道，蒸发器称为换热装置的内机，压缩机和冷凝器集成在一起，通常将压缩机和冷凝器的集成组合称为压缩制冷机，作为换热装置的外机并放置在通风良好的位置；或者根据使用条件不同，还可以将蒸发器和压缩机一起集成在系统中，仍称为内机，而将冷凝器单独放置在通风处作为外机。所述蒸发器包括蒸发器壳体、冷媒盘管，所述的冷媒盘管为具有盘管端的双向通路管道，盘管端为是管以螺旋形状成型且管间具有间距的盘绕管，一般为等间距，其盘管端开出冷媒入口及冷媒出口，并于冷媒入口一体或分体成型有蒸发器的冷媒进口管路，于冷媒出口一体或分体成型有蒸发器的冷媒出口管路；所述的蒸发器壳体内部由法兰盲板分为第一侧区域与第二侧区域，第一侧区域为安装冷媒盘管的区域，第一侧区域的壳体上设置有钒储能介质的进口与出口；在第二侧区域由蒸发器的冷媒进口管路通过法兰盲板并与冷凝器的冷媒出口管路连接，蒸发器的冷媒出口管路通过法兰盲板并与冷凝器的冷媒进口管路连接。
如图2所示，蒸发器安装于电堆与正极储罐之间的连接管道，即在该连接管道设置钒储能介质出口与钒储能介质进口，正极管路的钒储能介质出口由管路连接于蒸发器的钒储能介质进口，正极管路的钒储能介质进口由管路连接于蒸发器的钒储能介质出口。以实现单极正极降温，以避免用于负极管道引起负极氧化，蒸发器的热端即钒储能介质的进、出口安装在蒸发器壳体上，钒储能介质的出口连通于在电堆与正极电解液储罐之间连接的钒储能介质管道，冷端即冷媒，其通过冷媒管路与压缩制冷机连通，形成冷媒在蒸发器、压缩机及冷凝器的循环回路，全钒液流电池在正常运转时，钒储能介质通过泵体从储罐内由泵抽出，经过过滤器、电堆，并在电堆内实现正、负极钒储能介质氧化还原反应，反应后的钒储能介质由管路输至蒸发器的进口，在蒸发器内与冷媒进行换热，并从钒储能介质的出口回至正极储罐并以此反复循环，对于全钒液流电池的换热装置，其蒸发器可以是管壳式换热器，也可以是板式换热器，而安装形式可以采用立式也可以采用卧式，使得其体积小，占用空间小。冷凝器可采用风冷式，通过轴流风机把冷凝器的热量瞬间带走，适用于水源缺乏，室外郊区等空旷场所。若现场存在方便使用的冷却水源，可将传统的风冷冷凝器改为水冷冷凝器，进一步提高系统换热效率、稳定性和集成度。
在一种实施例中，全钒液流电池的换热装置的制冷方式采用蒸汽压缩式制冷，其内部主要核心部件由压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器组成。压缩机将内机的蒸发器所产生的低温低压制冷剂蒸汽吸入汽缸内，经压缩机压缩做功，使压力、温度升高，直到压力稍大于冷凝器内的压力时，将其汽缸内的高压制冷剂蒸汽排到冷凝器中。在外机冷凝器内将高温高压制冷剂蒸汽与温度较低的空气进行热交换而冷凝为液态制冷剂，这时，液态制冷剂经过膨胀阀降温（降压）后进入蒸发器，在蒸发器内吸收被高温钒储能介质的热量而后汽化。这样，使得电解液降温冷却而制冷剂蒸汽又被压缩机吸走，因此在制冷系统中经过压缩、冷凝、膨胀、蒸发四个过程完成一个循环，上述蒸汽压缩式制冷相对于吸收式制冷，蒸汽喷射式等结构简单，成本低，工作效能高。
钒储能介质在液流电池系统循环过程中，其经过的管路、管件、设备都会增加流体流动过程阻力，影响流体的流动速率，但是为了确保达到系统工况流速，又需要提高泵功率。而高能耗又间接地降低电池系统能量效率，可见，尽可能的减少流动过程阻力、降低压损对液流电池系统来说至关重要。对于蒸发器来说，内部盘管结构是影响流体阻力的重要因素。以往的蒸发器，换热盘管排布单一、密集，在本实施例中，将蒸发器进、出口位置加宽了盘管夹角，即盘管端其对着钒储能介质进口和/或出口的管的螺旋角度由现有的10~20°调整为25~35°，并优选30°作为最优角度，如图3、4对照所示。通过考虑介质粘度、温度、流速等工艺参数得到合理夹角角度能有效缓解介质从正面流动的冲击力，增大钒介质的流动速率，减少流动过程中产生的摩擦阻力。在本例中，用FlowSimulation软件模拟得到角度调整前后流速、压力矢量分布图(工况流速1.58m/s)。调整角度后，流速矢量分布图中直观的看出流体流动更加顺畅，进口处流体分布更加均匀（如图5、6）。压力矢量分布中调整角度前，流体压力在进口处堆积，造成局部压力过高（如图7线层越密集，其局部压力越高），调整角度后的压力分压力分散范围变大（如图8），没有局部压力堆积的区域，减少了由于蒸发器盘官结构造成的流体压力损失。
在一种实施例中，液流电池系统运行时，电解液带有较高的直流电压，蒸发器内部冷媒盘管是金属材质，优选为钛，外部与压缩机制冷机连接的冷媒管道一般使用铜材质，这样的结构会导致压缩机和冷凝器同样带有直流电压，将系统中的电荷直接与大地导通，造成电量的浪费，更大的问题是存在极大的人身安全威胁，因此，在进、出蒸发器的冷媒管道上且靠近金属法兰盲板的位置分别安装一个绝缘接头(如图10)。绝缘接头的材料需要具有高绝缘性、耐制冷剂腐蚀、热膨胀系数小，抗老化使用寿命长等特点。蒸发器内部冷媒盘管采用特种金属，如钛，耐稀硫酸腐蚀，耐强氧化性介质腐蚀，传热性能好，具有较高的机械强度，根据压缩制冷机低压侧压力，选择合适的壁厚满足机械强度要求。
实施例2：一种钒储能介质换热装置，包括蒸发器、冷凝器、压缩机及安装于所述冷凝器的冷媒进口管路和冷媒出口管路，压缩机与蒸发器或冷凝器集成，所述蒸发器包括蒸发器壳体、冷媒盘管，所述的冷媒盘管为具有盘管端的双向通路管道，其盘管端开出冷媒入口及冷媒出口，并于冷媒入口一体或分体成型有蒸发器的冷媒进口管路，于冷媒出口一体或分体成型有蒸发器的冷媒出口管路；所述的蒸发器壳体内部由法兰盲板分为第一侧区域与第二侧区域，第一侧区域为安装冷媒盘管的区域，第一侧区域的壳体上设置有钒储能介质的进口与出口；在第二侧区域由蒸发器的冷媒进口管路通过法兰盲板并与冷凝器的冷媒出口管路连接，蒸发器的冷媒出口管路通过法兰盲板并与冷凝器的冷媒进口管路连接。
进一步的，所述的盘管及蒸发器的冷媒出口管路、蒸发器的冷媒进口管路是由钛管制成的管路。
进一步的，所述的冷凝器的冷媒出口管路、冷凝器的冷媒进口管路是由铜管制成的管路，且在蒸发器的冷媒出口管路与冷凝器的冷媒进口管路的连接处和/或在蒸发器的冷媒进口管路与冷凝器的冷媒出口管路的连接处具有绝缘接头。
进一步的，所述盘管端是管以螺旋形状成型且管间具有间距的盘绕管。
进一步的，所述盘管端其对着钒储能介质进口和/或出口的管的螺旋角度为25~35°。
进一步的，所述盘管端由外、中、内三层相互嵌入且等间距的螺旋形状成型的盘绕管组成。
进一步的，所述的冷凝器为风冷式或水冷式冷凝器。
进一步的，所述的蒸发器壳体为由工程塑料制成的壳体，由钛金属制备的法兰盲板在封头外露的一面被喷涂绝缘材料或覆盖绝缘板或假装防护罩，且通过法兰盲板的冷媒进口管路和/或冷媒出口管路被焊接于法兰盲板。
一种全钒液流电池，包括正极电解液储罐、负极电解液储罐、电堆及连接管路，各电解液储罐由管路与对应电堆连接，所述电堆由正极管路连接正极电解液储罐，且由负极管路连接负极电解液储罐，在正极管路连接本实施例中任一项所述的钒储能介质换热装置，在所述的正极管路，设置钒储能介质出口与钒储能介质进口，正极管路的钒储能介质出口由管路连接于蒸发器的钒储能介质进口，正极管路的钒储能介质进口由管路连接于蒸发器的钒储能介质出口。
进一步的，正极电解液储罐和/或负极电解液储罐与相应电堆连接的管路间设置有循环泵和/或过滤器。
本实施例通过冷媒盘管，将其设置为具有盘管端的双向通路管道，其盘管端开出冷媒入口及冷媒出口，并于冷媒入口成型有蒸发器的冷媒进口管路，于冷媒出口成型有蒸发器的冷媒出口管路以形成蒸发器，并在蒸发器内，由冷媒与钒储能介质换热，并由蒸发器继续与冷凝器换热从而将电解液中的热量转移，实现对钒储能介质降温的效果。
在本实施例中，其在所述的正极管路，设置钒储能介质出口与钒储能介质进口，正极管路的钒储能介质出口由管路连接于蒸发器的钒储能介质进口，正极管路的钒储能介质进口由管路连接于蒸发器的钒储能介质出口，从而在正极侧进行电解液降温，以避免负极侧被氧化。
实施例3：一种高效液流电池系统换热装置，主要由蒸发器、压缩机和冷凝器组成；常规使用时，蒸发器集成在电池管道系统中，作称为换热系统内机，压缩机和冷凝器集成在一起（通常将这个组合称为压缩制冷机），作为换热系统外机放置在通风良好的位置；或者根据使用条件不同，还可以将蒸发器和压缩机一起集成在电池管道系统中（同样称为内机），而将冷凝器单独放置在通风位置处（外机）。
蒸发器安装于储罐与电堆之间的循环管路中，蒸发器热端出口与钒储能介质管道相连接，蒸发器冷端（冷媒）通过冷媒管路与压缩制冷机连通。全钒液流电池在正常运转时，钒储能介质通过泵体3从储罐4内抽出，经过过滤器2、电堆1，并在堆内正，钒储能介质在堆内发生氧化还原反应，反应后的钒储能介质由管路输至蒸发器5进口，在蒸发器内与冷媒进行换热，并从出口回至储罐并以此反复循环。
本发明全钒液流电池的换热装置内机（蒸发器）可以是立式或卧式安装的管壳式换热器或，蛇形盘管式蒸发器或，翅片式蒸发器或，板式换热器（安装形式可以采用立式也可以采用卧式）等，其种类多样，灵活性强适用各种工况条件。
冷凝器可采用风冷式，通过轴流风机把冷凝器的热量瞬间带走；适用于水源缺乏，室外郊区等空旷场所。若现场存在方便使用的冷却水源，可将传统的风冷或冷凝器改为水冷冷凝器，进一步提高系统换热效率、稳定性和集成度。
其外壳为耐腐蚀、绝缘外壳，由于电解液对绝大部分金属具有强腐蚀性，且电池运行时存在比较高的直流电压，蒸发器的外壳采用绝缘、耐腐蚀的材质加工（包括为PP、,HDPE、,pvc、,cpvc、,ABS材料中的一种制成等工程塑料）而成。
蒸发器内部热交换冷媒循环管路采用耐腐蚀金属材料“例如蛇形盘管式蒸发器、翅片式蒸发器内部冷媒介质盘管或者是翅片盘管，其采用强耐腐蚀金属材质，为钛金属、，钽金属，哈氏合金中的一种或者为采用外衬耐腐蚀材料的管路，为PTFE、PP、PVC、复合陶瓷外衬中的一种制成，或者为采用耐腐蚀涂层方式的管路，为涂层材料环氧脂、聚四氟、TPEP中的一种制成。其大大增强了蒸发器内部金属对钒储能介质的耐腐蚀性，使其使用更牢靠，稳定。
蒸发器内部冷媒循环管路与蒸发器外部冷媒进出口管路连接处采用耐腐蚀绝缘接头，绝缘接头为采用氯丁橡胶、环氧脂、PEEK、SMC复合材料、复合陶瓷中的一种制成。
绝缘性，电池系统运行时，电解液带有较高的直流电压。蒸发器内部冷媒盘管是金属材质。蒸发器外部与压缩机制冷机连接的冷媒管道一般使用铜材质，这样的结构会导致压缩机和冷凝器同样带有直流电压，将系统中的电荷直接与大地导通，造成电量的浪费，更大的问题是存在极大的人身安全威胁，因此需要在进出蒸发器的冷媒管道上分别安装一个绝缘接头。绝缘接头的材料需要具有高绝缘性、耐制冷剂腐蚀、热膨胀系数小，抗老化使用寿命长等特点。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。