一种全钒液流电解液罐副产氢检测装置和置换装置的制作方法

本发明属于电化学储能，特别是涉及一种全钒液流电解液罐副产氢检测装置和置换装置。

背景技术：

1、全钒液流电池储能是一种新型的电化学储能方式，与锂离子电池、铅酸电池储能系统相比，全钒液流电池具有安全性高、无污染、设计灵活等优点成为当前大规模储能领域的研究和发展重点。全钒液流电池的电解液为不同价态钒离子的硫酸溶液组成，正极电解液由v(ⅴ)和v(ⅳ)离子溶液组成，负极电解液由v(ⅲ)和v(ⅱ)离子溶液组成，电池充电后，正极物质为v(ⅴ)离子溶液，负极为v(ⅱ)离子溶液，电池放电后，正、负极分别为v(ⅳ)和v(ⅲ)离子溶液，电池内部通过h+导电在过充状态下会有少量副产物氢气释放出，但目前对副产氢气的量和发生过充产生副产氢工况的频率尚未有可靠的试验数据记录，同时副产氢气的浓度对整个储能系统的设计和设备的选型有着至关重要的影响。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种全钒液流电解液罐副产氢检测装置和置换装置，可以实时检测电解液罐内的氢气含量，并在氢气浓度达到安全上限时，启动氮气置换系统，对罐内的氢气进行置换，保证设备的安全运行。

2、本发明的目的是以下述方式实现的：一种全钒液流电解液罐副产氢检测装置，电解液罐的顶部为椭圆形封头，封头中心上端设置集聚包，集聚包的截面积小于封头长径所在截面面积的1/4，集聚包的体积小于封头，集聚包内设有对氢气浓度进行检测的氢气浓度检测器，集聚包连接有排气放空管，排气放空管上设有排气阀门。

3、氢气浓度检测器包括探头，集聚包末端通过密集法兰密封密封，密封法兰包含一片下带径对焊法兰和一片上开孔盲法兰，盲法兰开孔尺寸与氢气浓度检测器的探头匹配，氢气浓度检测器的探头自集聚包密封法兰的开孔处伸入电解液罐集聚包内，深入长度大于等于100mm。

4、一种全钒液流电解液罐副产氢置换装置，电解液罐的顶部为椭圆形封头，封头中心上端设置集聚包，集聚包的截面积小于封头长径所在截面面积的/，集聚包的体积小于封头，集聚包内设有对氢气浓度进行检测的氢气浓度检测器，集聚包连接有排气放空管，排气放空管上设有排气阀门；电解液罐通过充惰性气体管道连接有惰性气体管网或惰性气体承装容器，充惰性气体管道上设有进气阀、止回阀、隔离阀。

5、充惰性气体管道包括与电解液罐连接的充惰性气体固定管道和与惰性气体承装容器连接的充惰性气体软管，充惰性气体固定管道和充惰性气体软管通过充气接头连接，充惰性气体固定管道上设有止回阀、隔离阀，隔离阀更加靠近电解液罐，进气阀可以设置在充惰性气体软管上，也可以设置在充惰性气体固定管道上。

6、排气阀门、进气阀为自动阀门，氢气浓度检测器直接连接控制系统，或者自带控制器，或者通过自带的控制器连接控制系统；控制器或者控制系统连接排气阀门、进气阀，控制器或者控制系统实时监测氢气浓度，控制器或者控制系统判断氢气浓度是否达标，通过控制排气阀门、进气阀的开闭控制集聚包的氢气浓度。

7、氢气浓度检测器包括表头、探头、在线声光报警器、信号传送接口、探杆和氢气浓度检测器控制器，表头位于集聚包外部，探杆与集聚包密封法兰固定连接，探头穿过集聚包密封法兰伸入到电解液罐集聚包内，对电解液罐集聚包内的氢气进行检测，检测信号通过信号传送接口输出至氢气浓度检测器控制器，氢气浓度检测器控制器经过对数据的分析处理，将信号传送至控制系统，控制系统与自动进气阀和自动排气阀门形成动作连锁，控制排出氢气和输送惰性气体；氢气浓度检测器控制器经过对数据的分析处理，如果氢气浓度不达标，将信号传送至在线声光报警器，控制在线声光报警器进行报警。

8、相对于现有技术，本发明提供一种全钒液流电解液罐副产氢检测装置和置换装置，可以实时检测电解液罐内的氢气含量，并在氢气浓度达到安全上限时，启动氮气置换系统，对罐内的氢气进行置换，保证设备的安全运行。

9、利用氢气重量轻、易聚集的特点，在电解液罐的顶部中心位置设置集聚包，当全钒液流电池储能系统运行过程中副反应产生氢气，氢气可随电解液回流至电解液罐内，在电解液罐内向上扩散，集聚包位于电解液罐最上方，氢气容易集聚到这个小空间，集聚包体积小，从而提升了氢气浓度，方便氢气容易检出，从而可以控制氢气浓度，避免排出爆炸。

10、其次，利用惰性气体如氮气化学性质稳定、容易获得的特点，作为置换气体，必要时将电解液中的副产氢置换出去，起到保证系统安全稳定的作用。

技术特征：

1.一种全钒液流电解液罐副产氢检测装置，其特征在于：电解液罐（1）的顶部为椭圆形封头，封头中心上端设置集聚包（2），集聚包（2）的截面积小于封头长径所在截面面积的1/4，集聚包的体积小于封头，集聚包内设有对氢气浓度进行检测的氢气浓度检测器（4），集聚包连接有排气放空管（14），排气放空管上设有排气阀门（13）。

2.根据权利要求1所述的全钒液流电解液罐副产氢检测装置，其特征在于：氢气浓度检测器（4）包括探头（41），集聚包（2）末端通过密集法兰（3）密封密封，密封法兰（3）包含一片下带径对焊法兰和一片上开孔盲法兰，盲法兰开孔尺寸与氢气浓度检测器（4）的探头（42）匹配，氢气浓度检测器（4）的探头（42）自集聚包密封法兰（3）的开孔处伸入电解液罐集聚包（2）内，深入长度大于等于100mm。

3.一种全钒液流电解液罐副产氢置换装置，其特征在于：电解液罐（1）的顶部为椭圆形封头，封头中心上端设置集聚包（2），集聚包（2）的截面积小于封头长径所在截面面积的（1）/（4），集聚包的体积小于封头，集聚包内设有对氢气浓度进行检测的氢气浓度检测器（4），集聚包连接有排气放空管（14），排气放空管上设有排气阀门（13）；电解液罐通过充惰性气体管道（9）连接有惰性气体管网或惰性气体承装容器（7），充惰性气体管道（9）上设有进气阀（8）、止回阀（11）、隔离阀（12）。

4.根据权利要求3所述的全钒液流电解液罐副产氢置换装置，其特征在于：充惰性气体管道（9）包括与电解液罐连接的充惰性气体固定管道和与惰性气体承装容器（7）连接的充惰性气体软管，充惰性气体固定管道和充惰性气体软管通过充气接头（10）连接，充惰性气体固定管道上设有止回阀（11）、隔离阀（12），隔离阀（12）更加靠近电解液罐，进气阀（8）可以设置在充惰性气体软管上，也可以设置在充惰性气体固定管道上。

5.根据权利要求3所述的全钒液流电解液罐副产氢置换装置，其特征在于：排气阀门（13）、进气阀（8）为自动阀门，氢气浓度检测器（4）直接连接控制系统，或者自带控制器，或者通过自带的控制器连接控制系统；控制器或者控制系统连接排气阀门（13）、进气阀（8），控制器或者控制系统实时监测氢气浓度，控制器或者控制系统判断氢气浓度是否达标，通过控制排气阀门（13）、进气阀（8）的开闭控制集聚包的氢气浓度。

6.根据权利要求5所述的全钒液流电解液罐副产氢置换装置，其特征在于：氢气浓度检测器（4）包括表头（41）、探头（42）、在线声光报警器（43）、信号传送接口（44）、探杆（45）和氢气浓度检测器控制器（5），表头（41）位于集聚包（2）外部，探杆（45）与集聚包密封法兰固定连接，探头（42）穿过集聚包密封法兰伸入到电解液罐集聚包（2）内，对电解液罐集聚包（2）内的氢气进行检测，检测信号通过信号传送接口（44）输出至氢气浓度检测器控制器（5），氢气浓度检测器控制器（5）经过对数据的分析处理，将信号传送至控制系统（6），控制系统（6）与自动进气阀（8）和自动排气阀门（13）形成动作连锁，控制排出氢气和输送惰性气体；氢气浓度检测器控制器（5）经过对数据的分析处理，如果氢气浓度不达标，将信号传送至在线声光报警器（43），控制在线声光报警器（43）进行报警。

技术总结本发明提供一种全钒液流电解液罐副产氢检测装置和置换装置，一种全钒液流电解液罐副产氢检测装置，电解液罐的顶部为椭圆形封头，封头中心上端设置集聚包，集聚包的截面积小于封头长径所在截面面积的1/4，集聚包的体积小于封头，集聚包内设有对氢气浓度进行检测的氢气浓度检测器，集聚包连接有排气放空管，排气放空管上设有排气阀门。可以实时检测电解液罐内的氢气含量，并在氢气浓度达到安全上限时，启动氮气置换系统，对罐内的氢气进行置换，保证设备的安全运行。技术研发人员：石天庆,王晨爽,秦海山,李彦华,汤瑜,卢勇宽,荆培,孙言鹏,王香云,郭志博,丁洪亮,丁斌斌受保护的技术使用者：华电郑州机械设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2