一种钠硫电池负极针刺注钠装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了化学储能领域的一种钠硫电池负极针刺注钠装置，包括一个用于固定钠罐的导轨支架，所述导轨支架的顶端设有上穿刺装置，所述导轨支架的底端设有下穿刺装置，所述上穿刺装置上设有一根上穿刺针，所述上穿刺针针尖竖直向下指向所述钠罐的顶部，所述上穿刺针的径向中心设有一根供惰性保护气体过流上中空管，所述下穿刺装置上设有一根下穿刺针，所述下穿刺针针尖竖直向上指向所述钠罐的底部，所述下穿刺针的径向中心设有一根供液态钠过流的下中空管。其技术效果是：其能够有效保证注钠过程的安全性，防止液态钠在注钠过程中被氧化。
【专利说明】一种钠硫电池负极针刺注钠装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学储能领域的一种钠硫电池负极针刺注钠装置。
【背景技术】
[0002]钠硫电池不仅可以解决巨大的昼夜电力需求峰谷差问题，而且可以实现风能、太阳能等新型低碳能源技术的并网，解决电力短缺问题。自1992年首座钠硫电池储能电站示范运行后，全球已经有200座超过300MW的钠硫电池储能电站示范运行，经过安全性和可靠性的长期测试，已在提高风能和太阳能等可再生能源系统的稳定性、平滑用户侧负荷及紧急供电等方面发挥重要作用。
[0003]兆瓦级的钠硫储能系统己步入商业化阶段。在钠硫电池最关键的装配环节一注钠环节中，需要用到一种负极针刺注钠装置。目前钠硫电池负极针刺注钠装置的技术难点在于：第一，钠硫电池负极针刺注钠装置，不仅要能对液态钠进行传输，还必须能对氮气、氩气等惰性保护气体进行传输。第二在钠硫电池装配过程中，由于金属钠活泼，易与水、氧等反应，因此注钠环节采用的钠硫电池负极针刺注钠装置的设计非常重要，以确保注钠过程的安全性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种钠硫电池负极针刺注钠装置，其能够有效保证注钠过程的安全性，防止液态钠在注钠过程中被氧化。
[0005]实现上述目的的一种技术方案是：一种钠硫电池负极针刺注钠装置，包括一个用于固定钠罐的导轨支架，所述导轨支架的顶端设有上穿刺装置，所述导轨支架的底端设有下穿刺装置，所述上穿刺装置上设有一根上穿刺针，所述上穿刺针针尖竖直向下指向所述钠罐的顶部，所述上穿刺针的径向中心设有一根供惰性保护气体过流上中空管，所述下穿刺装置上设有一根下穿刺针，所述下穿刺针针尖竖直向上指向所述钠罐的底部，所述下穿刺针的径向中心设有一根供液态钠过流的下中空管。
[0006]进一步的，所述上穿刺装置还包括上穿刺固定架和上弹簧，所述上弹簧内置于所述上穿刺固定架，并可沿竖直方向伸缩，所述上穿刺针从上至下贯穿所述上弹簧，且所述上穿刺针的顶部与所述上穿刺固定架的顶部固定。
[0007]再进一步的，所述上穿刺固定架的底面设有上橡胶密封垫。
[0008]再进一步的，所述上穿刺针的针尖顶部的外壁上均布有多个与所述上中空管底部连通的惰性保护气体流入孔。
[0009]更进一步的，所述上中空管的底部为锥形。
[0010]进一步的，所述下穿刺装置还包括下穿刺固定架和下弹簧，所述下弹簧内置于所述下穿刺固定架，并可沿竖直方向伸缩，所述下穿刺针从上至下贯穿所述下弹簧，且所述下穿刺针的底部与所述下穿刺固定架的底部固定。
[0011]再进一步的，所述下穿刺固定架的顶面设有下橡胶密封垫。[0012]再进一步的，所述下穿刺针的针尖底部的外壁上均布有多个与所述下中空管顶部连通的注钠孔。
[0013]更进一步的，所述下中空管的顶部为锥形。
[0014]进一步的，所述下穿刺针和所述上穿刺针均是由刚玉或者不锈钢制成的。
[0015]采用了本发明的一种钠硫电池负极针刺注钠装置的技术方案，即在钠罐上方设有一个带有上穿刺针上穿刺装置，用以刺破钠罐顶部，将惰性保护气体导入钠罐并使钠罐内产生正压，在钠罐下方设有一个带有下穿刺针的下穿刺装置，用以刺破钠罐底部，在钠罐内正压的作用下将钠罐内的液态钠导入钠硫电池负极的储钠管内的技术方案。其技术效果是:其能够有效保证注钠过程的安全性，防止液态钠在注钠过程中与水和氧气发生接触而导致液态钠被氧化，同时可在注钠的过程中完成对氮气、氩气等惰性保护气体的传输。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的一种钠硫电池负极针刺注钠装置的结构示意图。
[0017]图2为本发明的一种钠硫电池负极针刺注钠装置的上穿刺针的主视图。
[0018]图3为本发明的一种钠硫电池负极针刺注钠装置的上穿刺针的A-A面剖视图。
[0019]图4为本发明的一种钠硫电池负极针刺注钠装置的上穿刺针的仰视图。
[0020]图5为本发明的一种钠硫电池负极针刺注钠装置的下穿刺针的主视图。
[0021]图6为本发明的一种钠硫电池负极针刺注钠装置的下穿刺针的B-B面剖视图。
[0022]图7为本发明的一种钠硫电池负极针刺注钠装置的下穿刺针的俯视图。
【具体实施方式】
[0023]请参阅图1至图7，本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明:
[0024]请参阅图1，本发明一种钠硫电池负极针刺注钠装置包括一个竖直方向的导轨支架1，导轨支架I用于固定钠罐4。导轨支架I的顶端设有上穿刺装置2，导轨支架I的底端设有下穿刺装置3。
[0025]其中上穿刺装置2包括上穿刺固定架21、上穿刺针22、上橡胶密封垫23和上弹簧24。
[0026]其中上弹簧24内置于上穿刺固定架21，且上弹簧24可沿竖直方向伸缩。上橡胶密封垫23固定在上穿刺固定架21的底面上。上穿刺针22针尖向下，指向钠罐4的顶部，并沿竖直方向贯穿上穿刺固定架21及上弹簧24。
[0027]上穿刺针22的顶部与上穿刺固定架21的顶部固定。上穿刺针22的径向中心设有上中空管221，上中空管221的顶部用于连通惰性保护气体储气罐(图中未显示)。上穿刺针22的针尖的顶部，均布有三至四个与上中空管221底部连通的惰性保护气体流入孔222。上中空管221的底部为锥形。上穿刺针22的外壁设计成阶梯状的结构，以利于上穿刺针22在上穿刺固定架21上的固定。
[0028]其中下穿刺装置3包括下穿刺固定架31、下穿刺针32、下橡胶密封垫33和下弹簧34。
[0029]其中下弹簧34内置于下穿刺固定架31，且下弹簧34可沿竖直方向伸缩。下橡胶密封垫33固定在下穿刺固定架31的顶面上。下穿刺针32针尖向上，指向钠罐4的底部，并沿竖直方向贯穿下穿刺固定架31及下弹簧24。
[0030]下穿刺针32的底部与下穿刺固定架31的底部固定。下穿刺针32的径向中心设有下中空管321，下中空管321的底部连通钠硫电池负极5内的储钠管（图中未显示)。下穿刺针32的针尖的顶部，均布有三至四个与下中空管321顶部连通的注钠孔322。下中空管321的顶部为锥形。下穿刺针32的外壁设计成阶梯状的结构，以利于下穿刺针32在下穿刺固定架31上的固定。
[0031]在使用该钠硫电池负极针刺注钠装置进行注钠时，上穿刺装置2沿着导轨支架I下移，同时上穿刺装置2中的上弹簧24压缩，上穿刺针22刺破上橡胶密封垫23，刺入钠罐4的顶部。接着钠罐4和上穿刺装置2 —起下移，使下穿刺装置3中的下弹簧34压缩，下穿刺装置3中的下穿刺针32刺穿下橡胶密封垫33，刺入钠罐4的底部。
[0032]本实施例中，上弹簧24的作用在于增加上穿刺针22给予钠罐4顶部的作用力，使上穿刺针22能够刺破钠罐4的顶部。下弹簧34的作用在于增加下穿刺针32给予钠罐4底部的作用力，使上穿刺针32能够刺破钠罐4的底部。所述保护气体储气罐内的惰性保护气体通过上穿刺针22上的上中空管221和惰性保护气体流入孔222，进入钠罐4，使钠罐4内产生一个正压。在对钠硫电池负极5的储钠管进行注钠前，所述储钠管内处于真空状态。钠罐4内的液态钠在钠罐4内正压的作用下，从下穿刺针32上的注钠孔322进入下中空管321，使钠罐4中的液态钠通过下穿刺针32注入所述储钠管，完成注钠操作。通常，所述储钠管的容积要大于钠罐4的容积，从而能对所述储钠管进一步进行注入惰性保护气体操作，使本发明的一种钠硫电池负极针刺注钠装置可以进行惰性保护气体的传输，以防止所述储钠管内的钠氧化。下橡胶密封垫33和上橡胶密封垫23的作用在于防止注钠过程中发生液态钠的喷溅和滴漏，确保注钠过程的安全。
[0033]下穿刺针32和上穿刺针22的结构相同。下穿刺针32和上穿刺针22必须采用硬度高于铝合金，即钠罐4的材料，并且与液态钠不发生反应的材料制成，比如，刚玉或者不锈钢等。一方面可以保证下穿刺针32刺破钠罐4的底部，上穿刺针22可以刺破钠罐4的顶部，同时保证从钠罐4内注入钠硫电池负极5的储钠管内的液态钠不受污染。上穿刺针22的针尖，以及下穿刺针32的针尖均经过了淬火处理，以使上穿刺针22的针尖，以及下穿刺针32的针尖的硬度达到HR54-58S。
[0034]上穿刺针22的径向中心设有上中空管221，上穿刺针22的针尖的顶部，设有三至四个与上中空管221底部连通的惰性保护气体流入孔222的目的在于：加速惰性保护气体流入钠罐4的速率，以使钠罐4内及早产生足够的正压，以将钠罐4内的液态钠压入钠硫电池负极5的储钠管内，上中空管221的底部为锥形的目的在于：稳定惰性保护气体流入钠罐4的流速。
[0035]下穿刺针32的径向中心设有下中空管321，下穿刺针32的针尖的底部，设有三至四个与下中空管321顶部连通的注钠孔322的目的在于：增加下中空管321的管径，加速液态钠从钠罐4经下穿刺针32的下中空管321流向钠硫电池负极5的储钠管的速率，第二，比起将注钠孔322设于下穿刺针32针尖的顶部，注钠孔322的位置降低，管径可以扩大，可以进一步加速液态钠从钠罐4经下穿刺针32的下中空管321流向钠硫电池负极5的储钠管的速率。第三，可以防止单个注钠孔322堵塞而引起下穿刺针32失效，保证注钠操作的成功进行。下中空管221的顶部为锥形的目的在于:稳定液态钠流入钠硫电池负极5的储钠管的流速。
[0036]上穿刺针22的针尖的锥角α 1，以及下穿刺针32的针尖的锥角α 2均为20?40°，这样的锥角能在保证上穿刺针22刺破钠罐4的顶部，下穿刺针32刺破钠罐4底部的同时，最大程度加少注钠过程中，钠罐4中的液态钠发生喷溅或滴漏的可能，最大程度保证注钠过程的安全性。
[0037]上穿刺针22的上中空管221底部的锥角β 1，以及下穿刺针32的下中空管321顶部的锥角β2均为60°，这样的锥角能最大程度保证惰性保护气体从上穿刺针22的上中空管221流入钠罐4速率的稳定，以及液态钠和惰性保护气体从下穿刺针32的下中空管321注入钠硫电池负极5的储钠管的速率的稳定。
[0038]上穿刺针22的上中空管221的管壁和下穿刺针32的下中空管321的管壁均经过抛光处理，这样可以减少液态钠在上穿刺针22的上中空管221的管壁和下穿刺针32的下中空管321的管壁的粘附，防止上穿刺针22或者下穿刺针32因为堵塞而失效。
[0039]本【技术领域】中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
【权利要求】
1.一种钠硫电池负极针刺注钠装置，其特征在于:包括一个用于固定钠罐的导轨支架，所述导轨支架的顶端设有上穿刺装置，所述导轨支架的底端设有下穿刺装置，所述上穿刺装置上设有一根上穿刺针，所述上穿刺针针尖竖直向下指向所述钠罐的顶部，所述上穿刺针的径向中心设有一根供惰性保护气体过流上中空管，所述下穿刺装置上设有一根下穿刺针，所述下穿刺针针尖竖直向上指向所述钠罐的底部，所述下穿刺针的径向中心设有一根供液态钠过流的下中空管。
2.根据权利要求1所述的一种钠硫电池负极针刺注钠装置，其特征在于:所述上穿刺装置还包括上穿刺固定架和上弹簧，所述上弹簧内置于所述上穿刺固定架，并可沿竖直方向伸缩，所述上穿刺针从上至下贯穿所述上弹簧，且所述上穿刺针的顶部与所述上穿刺固定架的顶部固定。
3.根据权利要求2所述的一种钠硫电池负极针刺注钠装置，其特征在于:所述上穿刺固定架的底面设有上橡胶密封垫。
4.根据权利要求2或3所述的一种钠硫电池负极针刺注钠装置，其特征在于:所述上穿刺针的针尖顶部的外壁上均布有多个与所述上中空管底部连通的惰性保护气体流入孔。
5.根据权利要求4所述的一种钠硫电池负极针刺注钠装置，其特征在于:所述上中空管的底部为锥形。
6.根据权利要求1所述的一种钠硫电池负极针刺注钠装置，其特征在于:所述下穿刺装置还包括下穿刺固定架和下弹簧，所述下弹簧内置于所述下穿刺固定架，并可沿竖直方向伸缩，所述下穿刺针从上至下贯穿所述下弹簧，且所述下穿刺针的底部与所述下穿刺固定架的底部固定。
7.根据权利要求6所述的一种钠硫电池负极针刺注钠装置，其特征在于:所述下穿刺固定架的顶面设有下橡胶密封垫。
8.根据权利要求6或7所述的一种钠硫电池负极针刺注钠装置，其特征在于:所述下穿刺针的针尖底部的外壁上均布有多个与所述下中空管顶部连通的注钠孔。
9.根据权利要求8所述的一种钠硫电池负极针刺注钠装置，其特征在于:所述下中空管的顶部为锥形。
10.根据权利要求1所述的一种钠硫电池负极针刺注钠装置，其特征在于:所述下穿刺针和所述上穿刺针均是由刚玉或者不锈钢制成的。
【文档编号】H01M10/38GK103779615SQ201410073703
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年3月3日 优先权日:2014年3月3日
【发明者】韩金铎, 鲍剑明, 周日生, 龚明光, 杨树仁, 程文学 申请人:上海电气钠硫储能技术有限公司