[发明专利]一种基于液氮的预制舱式电化学储能站的灭火降温系统

权利要求书

1.一种基于液氮的预制舱式电化学储能站的灭火降温系统，其特征在于，包括：

液氮泵、液氮储罐、液氮真空管、超低温电磁阀、远程控制器和喷头、压力表、软管，预制舱内还陈列有电池架；液氮泵通过软管连接到液氮储罐中，为液氮储罐提供压力，所述液氮泵连接有压力表，用于实时指示压力情况；所述液氮储罐顶部的液氮出口管通过超低温电磁阀连接到液氮真空管，所述超低温电磁阀安装在靠近液氮储罐出口管一端的液氮真空管上；所述液氮泵和液氮储罐安装在预制舱角落处，喷头安装在预制舱内两侧电池架上方，喷头作用范围覆盖整个电池架。

2.如权利要求1所述的基于液氮的预制舱式电化学储能站的灭火降温系统，其特征在于：

所述液氮泵和液氮储罐安装于预制舱的角落处，液氮泵连接液氮储罐为液氮提供压力驱动，喷头位于预制舱内两侧电池架上方，喷头数量为多个。

3.如权利要求1所述的基于液氮的预制舱式电化学储能站的灭火降温系统，其特征在于：

所述超低温电磁阀位于靠近液氮储罐一端的液氮真空管上，通过远程控制器进行控制；当压力达到预设要求时，超低温电磁阀开启，管路连通，液氮得以从喷头释放，所述超低温是指电磁阀适用的介质温度范围为-196℃-60℃。

4.如权利要求1所述的基于液氮的预制舱式电化学储能站的灭火降温系统，其特征在于：

所述电池架上放置有电池，当电池热失控发生火灾后，液氮灭火降温系统喷放液氮，通过液氮汽化为氮气，体积膨胀，降低电池周围氧气浓度，使火焰无法维持，实现灭火。

5.如权利要求4所述的基于液氮的预制舱式电化学储能站的灭火降温系统，其特征在于：

所述液氮汽化时吸收火灾释放的热量，降低预制舱内高温烟气的温度以及电池表面温度。

6.如权利要求1所述的基于液氮的预制舱式电化学储能站的灭火降温系统，其特征在于：

液氮的使用量根据所应用的电化学储能站预制舱内的电池数量而制定，确保液氮汽化吸热量大于降低电池温度所需要的热量。

7.如权利要求6所述的基于液氮的预制舱式电化学储能站的灭火降温系统，其特征在于：

液氮的释放量与预制舱内电池容量的大小有关，即保证液氮冷却系统吸收的热量大于电池从高温降到室温所需热量，冷却每千克电池所需要的液氮量通过以下公式进行估算：

每千克液氮吸收的热量：Q_a＝Q₁+Q₂

其中Q₁为每千克液氮的汽化吸收的热量，其值为199kJ，Q₂为氮气从-196℃到20℃吸收的热量，其计算公式为：Q₂＝C₁m₁Δt₁＝1.083×1×216＝233.93kJ；C₁为氮气的比热容，其值为1.083kJ/(kg·℃)，m₁为氮气的质量，Δt₁为氮气温度变化量；

因此得Q_a＝432.93kJ；

每千克电池热失控产生的热量：Q_b＝C₂m₂Δt₂＝1.1×1×(600-20)＝638kJ；

其中，C₂为电池的比热容，其值为1.1kJ/(kg·℃)，m₂为电池的质量，Δt₂为电池温度变化量；

因此，冷却每千克电池所需要的液氮量为:m＝Q_b/Q_a；考虑到液氮在储存和运输、喷射过程中会有损耗，所以冷却每千克电池所需要的液氮质量应大于m。

8.根据权利要求1所述的基于液氮的预制舱式电化学储能站的灭火降温系统，其特征在于：

当预制舱内某单体电池发生热失控引发火灾后，液氮灭火降温系统启动，首先：液氮泵启动，开始给液氮储罐进行加压，当压力达到要求时，开启超低温电磁阀，阀门打开，液氮从液氮储罐中进入液氮真空管，最后由喷头喷出；液氮从喷头喷出后瞬间吸收热量汽化成氮气，体积膨胀的氮气作用在电池周围，降低氧气浓度，使火焰无法维持，实现灭火；低温氮气迅速作用于预制舱中，吸收电池表面和预制舱内火灾高温烟气的热量，降低电池和预制舱温度，致使相邻电池所吸收的热量减少，不足以发生热失控，从而，阻止电池之间热失控的传播；液氮汽化后体积迅速膨胀，预制舱大量的空间被难燃的氮气所占据，降低可燃性气体的浓度，减弱了电池发生复燃的危险性，阻止电池火灾进一步蔓延。