專利名稱：一種膠管蠕動泵式電解液循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué) 電源電堆的結(jié)構(gòu)設(shè)計，特別是電池類電堆的電解液循環(huán)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著能源、環(huán)保儲能需求和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種電化學(xué)發(fā)電電堆研發(fā)的越來越多，組態(tài)功率越來越大。也就是說，電堆的組合組數(shù)越來越多。然而，現(xiàn)有的許多電堆系統(tǒng)，無論是燃料電池、液流電池、鋁空還是鋅空(ZAFC)電堆等等，電堆結(jié)構(gòu)大都采用雙極板式單體并排夾聯(lián)形式，無論是氣相流還是液相流均大都采用與公共通道總并聯(lián)的形式。氣相流采用并聯(lián)方式無可厚非，因為氣相分子大，密度低，導(dǎo)電率較低，不用考慮對單體間、模組間、電堆間的電子流短路問題。而液相間并聯(lián)，由于電堆中的電壓梯度是單體電壓串聯(lián)的結(jié)果，電解液無論是堿性、酸性、中性、還是離子液的電解液，肯定是良好的電子載體，否則電堆也無法工作，加之這種并排夾連式電堆液橋距離很短，電解液連液短路和液橋短路現(xiàn)象嚴(yán)重，造成自放電和能量損耗。因而，電堆組態(tài)越多電壓組態(tài)越高由此造成的能量損失也越大。連液短路的實質(zhì)就是連液電阻不通過正常放電回路而通過電解液支路和公用電液分配管道內(nèi)漏電流，導(dǎo)致庫倫損失，由于內(nèi)漏電流在各單體中的不均勻分布，弓I起各單體電壓的不均勻，連帶影響電堆的運行效率，嚴(yán)重時會造成電極腐蝕、反極、危險氣體組合甚至造成事故。這是一個多少年來制約化學(xué)電源類電堆發(fā)展和效率難以提高的結(jié)構(gòu)性矛盾和難題，對于這種電解液連液短路問題，現(xiàn)有的方法I.在電堆每個單體通道上安裝旋轉(zhuǎn)葉輪和電磁閥法，目的是破壞電解液流進(jìn)流出的連續(xù)性，用電磁閥切換保證同一時刻在整個電堆中只有一個單體電解液閥門開啟，可是由于是電解液內(nèi)有運動部件，運行可靠性太低，同時葉輪上的液流切換又無法保證一定意義高電阻狀態(tài)的穩(wěn)定實現(xiàn)，往往是電解液短路現(xiàn)象依然在單體單側(cè)存在，當(dāng)電堆多組態(tài)運行時，液流切換周期和液流速度無法保障，實驗運行表明，這種方法只是一種概念，沒有實用價值。2.輔助電極法，就是在電解液總管兩端加上輔助電極，用一個與漏電流大小相等電流相反的電流控制相應(yīng)的漏電不均現(xiàn)象，但這種方法對連液短路損耗沒有降低反而是增加了整體電堆的電能損耗。3.離子阻抗法，就是通過在電解液中添加阻化劑等方法控制離子阻抗以減小連液內(nèi)阻，但這種方法同時也帶來了電堆總能效下降等其它問題。4.單體自身電解液循環(huán)系統(tǒng)全部獨立法，這種方法太繁瑣，造成總泵耗(在40%以上)太高，，結(jié)構(gòu)繁雜，體積大，可操作性太低，無法實用。另外還有螺旋形流體分配槽法和電解液進(jìn)出點等距對分法等等，總之，現(xiàn)有的方法單從結(jié)構(gòu)上來說，都沒有可靠解決電解液連液造成的電流短路問題，因而，以上這些，也是造成現(xiàn)有各類化學(xué)電堆結(jié)構(gòu)和性能與實際應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化距離太遠(yuǎn)的原因之一。
發(fā)明內(nèi)容[0008]I.為解決上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種在單體間通道獨立，在單體通道和電堆公用通道間始終是即相連又相對絕緣，并始終能保持相對斷路狀態(tài)下的液相輸送，同時不需要另配閥門切換的電解液循環(huán)技術(shù)。我們將這種技術(shù)起初稱之為膠管斷液泵法，最后定義為膠管蠕動泵法。具體內(nèi)容就是在兩個以上單體組成的電堆兩端分別串接一臺具有絕緣脈斷流特性的多通道膠管蠕動泵，原則是多通道膠管蠕動泵的每個通道對應(yīng)電堆中的每一個單體，通過單體對應(yīng)管道獨立連接，使每一個單體中的電解液通道在兩臺多通道膠管蠕動泵間各自獨立，兩臺多通道膠管蠕動泵的另兩端分別連接對應(yīng)的分流器和集流器，分流器和集流器的另一側(cè)通過公共通道接入電解液存儲及處理裝置兩端。本發(fā)明的特點是運用膠管蠕動泵的絕緣脈斷流特性切斷了電解液公共通道與單體通道間的電流回路，既要保障電解液系統(tǒng)的可靠循環(huán)，同時也要保障每個單體間電解液的相互絕緣。沒有電堆連液短路帶來的能量損耗問題，同時不用閥門切換，可靠性高，可結(jié)構(gòu)性集成和模塊化生產(chǎn)，方便組合更大電堆。其次是解決耐酸堿、耐腐蝕，泵壓適宜，極限壓力安全，耐溫性好，泵室(膠管)與泵體分離互不污染，泵室(膠管)允許電解液中有一定徑級的懸濁微粒，泵室(膠管)允許電解液有一定范圍的膠體或氣液混合體，可以空轉(zhuǎn)，也可以反轉(zhuǎn)，維護(hù)方便、易損件可快速更換、成本低，以及每個單體通道運行流量可調(diào)、泵耗低、重量輕，適宜密封單體也適宜敞口單體等等問題。為實現(xiàn)上述目的，用本發(fā)明特制的多通道膠管蠕動泵電解液循環(huán)系統(tǒng)，一舉多得的解決了以上這些問題。同時也解決了傳統(tǒng)蠕動泵效率過低，膠管運行周期時間短的毛病，實際運行表明泵耗可以控制在5%左右。一定意義上講，為今后各類化學(xué)發(fā)電電堆尤其是電解液循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)展奠定了結(jié)構(gòu)性基礎(chǔ)。

圖I為本發(fā)明膠管蠕動泵式電解液循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本發(fā)明膠管蠕動泵式電解液循環(huán)系統(tǒng)的實施方式圖圖3為本發(fā)明涉及的關(guān)鍵部件膠管蠕動泵的絕緣脈斷流特性及原理圖膠管蠕動泵式電解液循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖II.兩個以上單體的電堆，2.單體對應(yīng)管道，3.多通道膠管蠕動泵1，4.多通道膠管蠕動泵2，5.電解液公共通道，6.集流器，7.分流器，8.公共的電解液存儲及處理裝置。該系統(tǒng)由在兩個以上單體組成的電堆I兩端分別串接一臺具有絕緣脈斷流特性的多通道膠管蠕動泵3、4，原則是多通道膠管蠕動泵的每個通道對應(yīng)電堆中的每一個單體，通過單體對應(yīng)管道2獨立連接，使每一個單體中的電解液通道在兩臺多通道膠管蠕動泵3、4間各自獨立，兩臺多通道膠管蠕動泵3、4的另兩端分別連接對應(yīng)的分流器7和集流器6，分流器7和集流器6的另一側(cè)通過公共通道5接入電解液存儲及處理裝置8兩端而組成。該系統(tǒng)的功能體現(xiàn)就是運用膠管蠕動泵的絕緣脈斷流特性切斷了電解液公共通道與單體通道間的電流回路，保障電解液系統(tǒng)的可靠循環(huán)，同時也保障了每個單體間電解液的相對絕緣，防止電流連液短路。
具體實施方式
見圖2多單體電堆11，多通道蠕動泵al2，多通道蠕動泵bl3，單體連接通道14，電解液公共通道15,電解液回收艙16,電解液處理艙17標(biāo)準(zhǔn)電解液艙18,電解液分配器19,電解液集流器20組成。膠管蠕動泵式電解液循環(huán)系統(tǒng)的電解液流程標(biāo)準(zhǔn)電解液艙18中的電解液通過公共通道15a —電解液分配器一多通道蠕動泵al2 —單體通道14a—多單體電堆11 —單體通道14b —多通道蠕動泵bl3 —電解液集流器20 —電解液公共通道15b —電解液回收艙16 —電解液處理艙17 —標(biāo)準(zhǔn)電解液艙18，形成電解液循環(huán)閉合回路。本發(fā)明涉及的關(guān)鍵部件膠管蠕動泵的絕緣脈斷流特性及原理見圖3膠管蠕動泵，又名膠管泵、蠕動泵、擠壓泵。圖3中的三個分圖是膠管蠕動泵轉(zhuǎn)子一個轉(zhuǎn)動周期中的3個時間窗口圖。其特點是基于膠管蠕動泵的特殊結(jié)構(gòu)，在膠管蠕動泵中有鼠籠式轉(zhuǎn)子3，鼠籠式轉(zhuǎn)子3上均布有三個以上同樣的籠式的導(dǎo)條，導(dǎo)條是可轉(zhuǎn)動的凸塊式輥輪4，泵體上蓋為內(nèi)弧形定子1，在內(nèi)弧形定子I與鼠籠式轉(zhuǎn)子3的縫隙之間固定有彈性膠管2。在內(nèi)弧形定子與鼠籠式轉(zhuǎn)子3上的凸塊輥輪4平時將膠管擠扁鎖閉，此時膠管中的流體被凸塊滾輪4擠壓下的膠管柔性鎖閉形成了擠壓切斷點5。當(dāng)轉(zhuǎn)子3向膠管出口方向8轉(zhuǎn)動時，運轉(zhuǎn)在轉(zhuǎn)子3與弧形定子間的所有凸塊輥輪同方向擠壓膠管，使膠管產(chǎn)生蠕動式的段落性鎖閉。被鎖閉在膠管中原本連通的流體被膠管產(chǎn)生的段落性閉鎖強(qiáng)迫分離成一個個相互絕緣性的脈斷流，這就是蠕動泵的絕緣脈斷流特性及原理。具體泵送的流程是當(dāng)膠管上的擠壓切斷點5隨轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)動向出口方向移動到擠壓切斷點5被釋放前，另一個凸塊輥輪6在膠管入口端7方向也將膠管柔性鎖閉又產(chǎn)生了一個擠壓切斷點，隨著轉(zhuǎn)子3的繼續(xù)轉(zhuǎn)動，這時前一個凸塊輥輪4已轉(zhuǎn)動到釋放膠管的角度，出口端膠管中的流體9被后一個凸塊輥輪的擠壓從膠管的出口端8方向流出，此時入口端7方向釋放的膠管依靠膠管彈性自行復(fù)圓，在膠管內(nèi)產(chǎn)生局部真空，真空產(chǎn)生了相應(yīng)的吸力以填補膠管內(nèi)部空間，從而再將入口端7的流體吸
入到管內(nèi)------。這樣隨著轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)動和始終有一個以上凸塊輥輪在膠管上的擠壓與釋
放的周而復(fù)始，就在泵室(膠管)中產(chǎn)生了蠕動性的脈斷流泵送效應(yīng)。多通道膠管蠕動泵大多是多個單泵頭同軸并排的組合體，單一通道的內(nèi)弧形定子I可上下滑動，通過內(nèi)弧形定子滑動的距離調(diào)節(jié)膠管被擠壓的程度，每個單泵頭上均有一個控制內(nèi)弧形定子滑動距離的調(diào)節(jié)桿10，調(diào)節(jié)桿10的不同角度可調(diào)節(jié)流量，便于各單體間的流量均恒和獨立控制。同理通過泵頭調(diào)節(jié)桿10的不同角度調(diào)節(jié)，還可懸空釋放膠管，以便可單獨更換膠管。同時懸空釋放膠管還有一個設(shè)計目的和功能，就是用于電堆長時間停用和備用時，防止膠管長時間被凸塊滾輪壓迫造成彈性降低或膠管變形。膠管蠕動泵的運行如同腸道一樣的運行原理，結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)壁光滑、運行可靠。因此，膠管蠕動泵可用于輸送黏度較大或有一定徑級懸濁微粒的電解液和其他流體電介質(zhì)。在泵體內(nèi)的下部裝有特殊設(shè)計的復(fù)合硅油用來降低溫度，潤滑膠管，防止氧化，從而使膠管使用壽命更長(大于10000小時)。在泵體中，由于電解液介質(zhì)只接觸膠管而不接觸其它 部件，因而不會產(chǎn)生任何交叉污染。泵體用聚苯硫醚等塑鋼材料注塑制造，本質(zhì)絕緣，耐酸堿。因此這種膠管蠕動泵式電解液循環(huán)系統(tǒng)，只要介質(zhì)溫度和環(huán)境允許，適合多種電池類電堆的電解液循環(huán)系統(tǒng)。
權(quán)利要求1.ー種膠管蠕動泵式電解液循環(huán)系統(tǒng)，其特征是在兩個以上單體組成的電堆兩端分別串接一臺具有絕緣脈斷流特性的多通道膠管蠕動泵，原則是多通道膠管蠕動泵的每個通道對應(yīng)電堆中的每ー個単體，通過單體對應(yīng)管道獨立連接，使每ー個單體中的電解液通道在兩臺多通道膠管蠕動泵間各自獨立，兩臺多通道膠管蠕動泵的另兩端分別連接對應(yīng)的分流器和集流器，分流器和集流器的另ー側(cè)通過公共通道接入電解液存儲及處理裝置兩端。
專利摘要本實用新型公開一種電池類電堆電解液循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在兩個以上單體組成的電堆中，電堆兩端分別串接一臺多通道膠管蠕動泵，原則是多通道膠管蠕動泵的每個通道對應(yīng)電堆中的每一個單體，用絕緣的管道連接，使每一個單體中的電解液通道在兩臺多通道膠管蠕動泵間各自獨立，兩臺多通道膠管蠕動泵的另兩端分別通過分流器和集流器接入電解液公共通道兩端的電解液循環(huán)系統(tǒng)。本實用新型的特點是運用膠管蠕動泵的絕緣脈斷流特性切斷了電解液公共通道與單體通道間的電流回路，同時也保障了每個單體間電解液的相互絕緣。沒有電堆連液短路帶來的能量損耗問題，同時不用閥門切換，可靠性高，可集成模塊化生產(chǎn)，方便組合更大電堆。
文檔編號H01M8/04GK202423473SQ20112028258
公開日2012年9月5日 申請日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者尹波, 李振亞 申請人:尹波, 李振亞