用于金屬燃料電池的液體分配器的制作方法

本發明涉及燃料電池技術領域，尤其是涉及一種用于金屬燃料電池的液體分配器。

背景技術：

金屬燃料電池例如大型金屬燃料電池一般都是由多個單體電池串聯或者并聯而成，這些單體電池公用一套電解液循環過濾系統，電解液從電解液箱抽出來后，必須經過一個液體分配器，將電解液均勻的分成若干份，然后輸送到每一個單體電池內部。

大型金屬燃料電池在放電過程中，電池內部的電解液必須不斷循環的，電解液循環的目的有兩個：一是金屬燃料電池在放電過程中會產生大量雜質，雜質積累在電池內部會導致電池放電效率降低，內阻增大，通過電解液循環可以將單體電池內部的雜質帶出，然后經過電解液循環過濾系統將雜質過濾掉，提高電池的放電效率，減小電池內阻。二是金屬燃料電池的放電效率受溫度的影響較大，通過電解液循環可以保證每個單體電池內部溫度一致。此外通過電解液循環，可以有效的控制電池的反應溫度，保證電池的反應溫度在一定的范圍內。

相關技術中，用于金屬燃料電池的液體分配器主要有離心式、節流式和文丘式三種類型，然而這些液體分配器有以下缺點：(1)難以保證出液口的液體流速一致；(2)出液口不在一條直線上，與燃料電池系統不匹配；(3)液體分配器內部結構復雜，容易堵塞，難以滿足燃料電池用液體分配器的要求。

技術實現要素：

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種用于金屬燃料電池的液體分配器，該液體分配器可以保證出液口的液體流速一致、便于與燃料電池系統匹配、且內部結構簡單、不易堵塞。

根據本發明的用于金屬燃料電池的液體分配器，包括：殼體，所述殼體的側壁上形成有進液口且頂部形成有多個出液口，所述殼體內具有多級分液流道，所述多級分液流道沿所述進液口的軸向依次相連，所述多級分液流道中的第一級分液流道與所述進液口連通，沿所述進液口的軸向朝向遠離所述進液口的方向、所述多級分液流道中每級所述分液流道的個數以2ⁿ依次增加，其中，n為正整數，所述多級分液流道關于所述進液口的軸向對稱；多個隔板，所述多個隔板上下間隔開地設在所述殼體內且限定出S形流道，所述S形流道的入口與所述多級分液流道中的最后一級分液流道連通，所述S形流道的出口與多個所述出液口相通。

根據本發明的用于金屬燃料電池的液體分配器，通過在殼體內設置多級流道，并通過多個隔板在殼體內且限定出S形流道，使得進入殼體內的電解液可以通過多級分液流道進行初步分離，然后通過S形流道進行進一步均勻分配，由此，可以保證多個出液口處的電解液的流速保持一致，從而可以保證多個出液口處的電解液的流量保持一致，保證金屬燃料電池的放電性能和放電效率。此外，當金屬燃料電池停止工作時，單體電池內的電解液可以通過液體分配器自動回流至電解液箱內，防止單體電池和液體分配器內存在積液，且液體分配器的內部結構簡單，可以保證電解液循環通暢，不容易堵塞。

另外，根據本發明的用于金屬燃料電池的液體分配器還可以具有如下附加的技術特征：

根據本發明的一些實施例，所述多級分液流道由多組分液件組分隔而成，多組所述分液件組沿所述進液口的軸向依次間隔設置，每組所述分液件組包括至少一個分液件，每組所述分液件組中的所述至少一個分液件位于與所述進液口的軸向垂直的同一平面內，且每組所述分液件組中相鄰兩個所述分液件之間、或所述分液件與所述殼體的內壁之間限定出分流口，所述多組分液件組包括第一組分液件組，所述第一組分液件組包括與所述進液口正對的一個第一分液件，所述多組分液件組的其余所述分液件組中位于下游的所述分液件組中的所述分液件與位于上游且與其相鄰的所述分液件組的所述分流口正對。

進一步地，每相鄰的兩組所述分液件組之間設有一組分隔件組，每組所述分隔件組包括多個分隔件，每組所述分液件組中的所述分流口的兩側分別設有所述分隔件，所述分隔件位于所述分流口的遠離所述進液口的一側。

具體地，多組所述分液件組中的最后一組所述分液件組中的每個所述分液件為沿所述進液口的軸向延伸的長方體結構，其余所述分液件組中的每個所述分液件為沿垂直于所述進液口的軸向延伸的板狀結構。

可選地，所述長方體結構為中空結構。

根據本發明的一些實施例，所述最后一級分液流道與所述殼體的遠離所述進液口的側壁彼此間隔開，所述多個出液口鄰近所述殼體的遠離所述進液口的所述側壁，所述多個隔板包括第一隔板和第二隔板，所述第一隔板設在所述最后一級分液流道的頂部，所述第一隔板與所述殼體的遠離所述進液口的所述側壁彼此間隔開以限定出所述S形流道的入口，所述第二隔板設在所述第一隔板和多個所述出液口之間，且所述第二隔板的一端與所述殼體的遠離所述進液口的所述側壁相連，所述第一隔板和所述第二隔板之間限定出所述S形流道。

根據本發明的一些實施例，所述第一隔板的上表面形成為從所述進液口朝向所述出液口的方向傾斜向下延伸的斜面，所述第一隔板的上表面與水平面之間的夾角為α，其中所述α滿足：0.5°≤α≤1°。

根據本發明的一些實施例，所述第二隔板的上表面形成為從所述出液口朝向所述進液口的方向傾斜向下延伸的斜面，所述第二隔板的上表面與水平面之間的夾角為β，其中所述β滿足：0.5°≤β≤1°。

根據本發明的一些實施例，所述多個隔板進一步包括：多個第三隔板，多個所述第三隔板設在所述第一隔板和所述第二隔板之間。

具體地，所述出液口的個數為P，所述最后一級分液流道中的所述分液流道的個數為Q，其中所述P、Q滿足：2.5≤P/Q≤3.5，其中P、Q分別為正整數。

根據本發明的一些實施例，所述多個出液口沿所述殼體的長度方向呈一字型排列。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據本發明實施例的用于金屬燃料電池的液體分配器的立體圖；

圖2是根據本發明實施例的用于金屬燃料電池的液體分配器的主視圖；

圖3是沿圖2中A-A線的剖視圖；

圖4是沿圖2中B-B線的剖視圖；

圖5是根據本發明實施例的用于金屬燃料電池的液體分配器的左視圖；

圖6是沿圖5中C-C線的剖視圖。

附圖標記：

液體分配器100，

殼體1，進液口11，出液口12，

第一級分液流道131，第二級分液流道132，第三級分液流道133，

第一分液件141，第二分液件142，第三分液件143，

分流口15，

第一分隔件161，第二分隔件162，

隔板2，第一隔板21，第二隔板22，

S形流道23，紊流彎道231，紊流區流道232，平流區流道233。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

下面參考圖1-圖6描述根據本發明實施例的用于金屬燃料電池(圖未示出)的液體分配器100。其中，金屬燃料電池可以為大型金屬燃料電池，但不限于此。

如圖1-圖4所示，根據本發明實施例的用于金屬燃料電池的液體分配器100，包括：殼體1和多個隔板2。

其中，參照圖1和圖2，殼體1的側壁上形成有進液口11且頂部形成有多個出液口12。進液口11可以與電解液相連，出液口12可以與單體電池相連。例如，參照圖1，殼體1的前側壁上形成有進液口11，殼體1的頂部形成有多個出液口12。

進液口11可以為一段圓柱形的進口管的形式，該進口管的一端優選伸入殼體1內，以便電解箱內的電解液進入殼體1。出液口12可以為一段出口管的形式，出口管的一端優選伸入殼體1內，以便電解液流入單體電池。

可選地，多個出液口12可以沿殼體1的長度方向(例如，圖1中的左右方向)呈一字型排列。也就是說，多個出液口12位于同一個平面的一條直線上。由此，便于出液口12與金屬燃料電池系統中的單體電池(圖未示出)相連，使得液體分配器100與金屬燃料電池匹配，提高了液體分配器100的普適性。

參照圖3，殼體1內具有多級分液流道，多級分液流道沿進液口11的軸向(例如，圖3中的前后方向)依次相連。多級分液流道中的第一級分液流道131與進液口11連通，沿進液口11的軸向朝向遠離進液口11的方向、多級分液流道中每級分液流道的個數以2ⁿ依次增加，其中，n為正整數，多級分液流道關于進液口11的軸向對稱。也就是說，多級分液流道中的第一級分液流道131中具有2¹個(即兩個)分液流道，第二級分液流道132具有2²(即四個)分液流道，第三級分液流道133具有2³個(即八個)分液流道，第四級分液流道具有2⁴個(即十六個)分液流道，依次類推。每級分液流道關于進液口11的軸向對稱。由此，可以通過每級分液流道將進入殼體1內的電解液平均分成多份，從而可以對電解液進行初步分液。

為方便描述，在本申請的下述描述中，以多級分液流道為三級分液流道為例進行說明。

參照圖4，多個隔板2上下間隔開地設在殼體1內且限定出S形流道23，S形流道23的入口與多級分液流道中的最后一級分液流道連通，S形流道23的出口與多個出液口12相通。S形流道23可以將經多級分液流道初步分離的電解液進一步地分配均勻，然后從各出液口12流向電池，進入單體電池的內部。由此，可以保證多個出液口12處的電解液的流速保持一致，從而可以保證多個出液口12處的電解液的流量保持一致，保證金屬燃料電池的放電性能和放電效率。

例如，在圖3的示例中，殼體1內具有三級分液流道，金燃料電池工作時，可以采用電磁泵將電解箱內的電解液抽出，從進液口11進入殼體1后，先經第一級分液流道131將電解液平均分成兩份，然后經第二級分液流道132將電解液平均分成四份，接著經第三級分液流道133將電解液平均分成八份，最后從第三級分液流道133進入S形流道23，通過S形流道23對電解液進行進一步地分配均勻，然后從出液口12流出，進入到單體電池內部。

金屬燃料電池停止工作時，單體電池內部的電解液沿與金屬燃料電池工作時的流動方向相反的方向流動，即從出液口12依次經過S形流道23、第三級分液流道133、第二級分液流道132、第一級分液流道131，最后由進液口11回流至電解液箱內。由此，當金屬燃料電池停止工作時，單體電池內的電解液可以通過液體分配器100自動回流至電解液箱內，防止單體電池內部存在殘留液體，并可以防止液體分配器100內存在積液。

根據本發明實施例的用于金屬燃料電池的液體分配器100，通過在殼體1內設置多級流道，并通過多個隔板2在殼體1內且限定出S形流道23，使得進入殼體1內的電解液可以通過多級分液流道進行初步分離，然后通過S形流道23進行進一步均勻分配，由此，可以保證多個出液口12處的電解液的流速保持一致，從而可以保證多個出液口12處的電解液的流量保持一致，保證金屬燃料電池的放電性能和放電效率。此外，當金屬燃料電池停止工作時，單體電池內的電解液可以通過液體分配器100自動回流至電解液箱內，防止單體電池和液體分配器100內存在積液，且液體分配器100的內部結構簡單，可以保證電解液循環通暢，不容易堵塞。

根據本發明的一些實施例，多級分液流道由多組分液件組分隔而成，多組分液件組沿進液口11的軸向依次間隔設置，每組分液件組包括至少一個分液件，每組分液件組中的至少一個分液件位于與進液口11的軸向垂直的同一平面內，且每組分液件組中相鄰兩個分液件之間、或分液件與殼體1的內壁之間限定出分流口15，多組分液件組包括第一組分液件組，第一組分液件組包括與進液口11正對的一個第一分液件141，多組分液件組的其余分液件組中位于下游的分液件組中的分液件與位于上游且與其相鄰的分液件組的分流口15正對。

這里需要說明的是，本申請中所說的“上游”指的是金屬燃料電池工作時，電解液在殼體1內的流動方向的上游，“下游”指的是金屬燃料電池工作時，電解液在殼體1內的流動方向的下游。另外，在本發明的描述中，除非另有說明，“至少一個”的含義是一個或者一個以上，例如，兩個、三個、四個等。

例如，參照圖3，第一級分液流道131由第一組分液件組分隔而成，第二級分液流道132由第二組分液件組分隔而成，第三級分液流道133由第三組分液件組分隔而成。第一組分液件組包括一個第一分液件141，第二組分液件組包括三個第二分液件142，第三組分液件組包括九個第三分液件143。

下面以第二分液件142為例進行說明。三個第二分液件142位于與進液口11的軸向垂直的同一個平面內。為方便描述，按三個第二分液件142的位置，將三個第二分液件142分別稱為“左側的第二分液件142”、“中間的第二分液件142”和“右側的第二分液件142”。其中，左側的第二分液件142的左端與殼體1的左側內壁之間限定出一個分流口15，左側的第二分液件142的右端與中間的第二分液件142的左端之間限定出一個分流口15，中間的第二分液件142的右端與右側的第二分液件142的左端之間限定出一個分流口15，右側的第二分液件142的右端與殼體1的右側內壁之間限定出一個分流口15。

第一分液件141與進液口11正對，左側的第二分液件142與第一級分液流道131的左側的分流口15正對，右側的第二分液件142與第一級分液流道131的右側的分流口15正對。也就是說，第一分液件141相對于進液口11的中心軸線對稱，左側的第二分液件142相對于第一級分液流道131左側的分流口15的中心軸線對稱。由此，可以通過多級分液流道的每級分液流道均勻將電解液均勻分配成多份，從而可以保證每個出液口12中的電解液的流量相等。

進一步地，每相鄰的兩組分液件組之間設有一組分隔件組，每組分隔件組包括多個分隔件，每組分液件組中的分流口15的兩側分別設有分隔件，分隔件位于分流口15的遠離進液口11的一側。例如，參照圖3，第一組分液件組和第二組分液件組之間設有第一組分隔件組，第二組分液件組和第三組分液件組之間設有第二組分隔件組。其中，第一組分液件組包括兩個第一分隔件161，第二組分液件組包括三個第二分隔件162。由此，可以保證多級分液流道中的每級所述分液流道的個數以2ⁿ依次增加。

具體地，多組分液件組中的最后一組分液件組中的每個分液件為沿進液口11的軸向延伸的長方體結構，其余分液件組中的每個分液件為沿垂直于進液口11的軸向延伸的板狀結構。例如，在圖3的示例中，第一組分液件組和第二組分液件組中的每個分液件均為沿垂直于進液口11的軸向延伸的板狀結構，最后一組分液件組即第三組分液件組為沿進液口11的軸向延伸的長方體結構。參照圖6，由此可以減小電解液在殼體1內的流動阻力，減小能量損失。

可選地，長方體結構為中空結構。由此，可以有效地減小液體分配器100的用料，降低材料成本。

根據本發明的一些實施例，最后一級分液流道與殼體1的遠離進液口11的側壁(例如，圖4中的后側壁)彼此間隔開，多個出液口12鄰近殼體1的遠離進液口11的側壁。例如，參照圖3并結合圖4，最后一級分液流道(即圖3中的第三級分液流道133)的出口與殼體1的后側壁彼此間隔開，多個出液口12鄰近殼體1的后側壁設置。

多個隔板2包括第一隔板21和第二隔板22，第一隔板21設在最后一級分液流道(例如，圖3中的第三級分液流道133)的頂部，第一隔板21與殼體1的遠離進液口11的側壁(例如，圖4中的后側壁)彼此間隔開以限定出S形流道23的入口，第二隔板22設在第一隔板21和多個出液口12之間，且第二隔板22的一端(例如，圖4中的后端)與殼體1的遠離進液口11的側壁(例如，圖4中的后側壁)相連，第一隔板21和第二隔板22之間限定出S形流道23。參照圖4，第一隔板21與第二隔板22可以交錯設置，以限定出S形流道23。

具體地，S形流道23包括紊流區流道232、平流區流道233和紊流彎道231。其中，第一隔板21與第二隔板22之間限定出紊流區流道232，第二隔板22與殼體1的頂壁之間限定出平流區流道233，最后一級分液流道與殼體1的后側壁之間限定出紊流彎道231，紊流彎道231與S形流道23的入口連通。

電解液從最后一級分液流道的出口流出后，進入紊流彎道231，并在紊流彎道231內初步混合后，經S形流道23的入口進入紊流區流道232，電解液的流速在紊流區流道232內的流速降低，然后進入平流區流道233，最后從出液口12進入單體電池內。由此，可以保證多個出液口12處的電解液的流速保持一致，從而可以保證多個出液口12處的電解液的流量保持一致，保證金屬燃料電池的放電性能和放電效率。

根據本發明的一些實施例，第一隔板21的上表面形成為從進液口11朝向出液口12的方向傾斜向下延伸的斜面，第一隔板21的上表面與水平面之間的夾角為α，其中α滿足：0.5°≤α≤1°。其具體數值可以根據液體分配器100的具體規格型號調整設計，例如，α可以進一步滿足：α＝0.5°、α＝0.8°或α＝1°等。由此，當金屬燃料電池工作時，可以增大電解液在S形流道23的流動阻力，降低電解液的流速。當金屬燃料電池停止工作時，可以減小電解液在S形流道23的流動阻力，提高電解液的流速，便于電解液的回流。

根據本發明的一些實施例，第二隔板22的上表面形成為從出液口12朝向進液口11的方向傾斜向下延伸的斜面，第二隔板22的上表面與水平面之間的夾角為β，其中β滿足：0.5°≤β≤1°。其具體數值可以根據液體分配器100的具體規格型號調整設計，例如，β可以進一步滿足：β＝0.5°、β＝0.8°或β＝1°等。由此，當金屬燃料電池工作時，可以進一步地增大電解液在S形流道23的流動阻力，進一步地降低電解液的流速。當金屬燃料電池停止工作時，可以進一步地減小電解液在S形流道23的流動阻力，從而進一步地提高電解液的流速，便于電解液的回流。

根據本發明的一些實施例，多個隔板2進一步包括：多個第三隔板(圖未示出)，多個第三隔板設在第一隔板21和第二隔板22之間。其中多個第三隔板中的相鄰的兩個第三隔板交錯設置，以限定出S形流道23。

具體地，出液口12的個數為P，最后一級分液流道中的分液流道的個數為Q，其中P、Q滿足：2.5≤P/Q≤3.5，其中P、Q分別為正整數。例如，當最后一級分液流道的分液流道的個數為八個時，出液口12的數量P可以為20個～28個。例如，20個、24個或28個等。例如，參照圖1并結合圖3，最后一級分液流道的分液流道的個數為八個，出液口12的數量為24個。由此，可以提高液體分配器100的分配效率且可以保證每個單體電池內的電解液的流量滿足要求。

根據本發明實施例的用于金屬燃料電池的液體分配器100，可以將電解液均勻的分成若干份，保證多個出液口12處的電解液的流量保持一致，保證金屬燃料電池的放電性能和放電效率，且當金屬燃料電池停止工作時，電解液能夠通過液體分配器100反向回流到電解液箱中，防止單體電池和液體分配器100內存在積液。此外，液體分配器100的內部結構簡單，在使用過程中可以保證電解液循環通暢，不會被固體雜質堵塞。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示意性實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。