CN112504327B - 一种观测电解液流动轨迹的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种观测电解液流动轨迹的装置，属于铝氧化银电池技术领域，包括环氧端板和透明有机玻璃端板；环氧端板上设有进液口和出液口；进液口通过进口端板接头、进口转接头、进口快速接头与进液管连接；进液管上安装有流量调节泵；进口端板接头上设有注入示踪液体的支路，支路上安装有控制支路状态的开关；出液口通过出口端板接头、出口转接头、出口快速接头与出液管连接；进液口和出液口处设置有分配板，分配板固定于透明有机玻璃端板上；两个分配板之间设有模拟电极，模拟电极上设有阵列排布的隔膜粒；透明有机玻璃端板、分配板、模拟电极、隔膜粒、环氧端板内圆柱面共同构成电解液流动区域。本发明能够直观观测电解液在电极表面流动轨迹。
Description
技术领域
本发明属于铝氧化银电池技术领域，特别是涉及一种观测电解液流动轨迹的装置。
背景技术
铝氧化银电池(aluminum silver oxide battery)是以高活性铝合金为负极、以氧化银为正极、以高浓度NaOH溶液为电解液的一种贮备电池，贮存时电解质NaOH为固态，激活时通过引入海水溶解NaOH，并通过辅助系统使电解液注入电堆实现激活。因其具有高比能量、高比功率，放电电流大、放电倍率大，贮存和使用安全性高，环境适应性强等优点，被各国大量应用于鱼雷动力系统，是当前最先进的鱼雷动力电源之一。
为确保电极表面各处反应均匀，避免热量积聚，削减漏电流，并及时补充电极反应所需的电解质，铝氧化银电池通常利用分配板实现电解液在电极表面的均匀流动，通过调整分配板上分液条的位置、尺寸、间隙大小等确保电解液在电极表面各点上的流速尽可能一致。但当前分配板的设计多以流体仿真为主要手段，缺少能够直观观测电解液在电极表面流动轨迹的实效检验装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够直观观测电解液在电极表面流动轨迹的实效检验装置，即观测电解液流动轨迹的装置。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种观测电解液流动轨迹的装置，包括环氧端板(9)和透明有机玻璃端板(10)；所述环氧端板(9)上设有进液口和出液口；其中：
所述进液口通过进口端板接头(6)、进口转接头(5)、进口快速接头(4)与进液管(2)一端连接；所述进液管(2)另一端插入模拟电解液(1)中；所述进液管(2)上安装有流量调节泵(3)；所述进口端板接头(6)上设有注入示踪液体的支路，在所述支路上安装有控制支路状态的开关；
所述出液口通过出口端板接头(12)、出口转接头(13)、出口快速接头(14)与出液管(15)连接；
在所述进液口和出液口处设置有分配板(20)，所述分配板(20)固定于透明有机玻璃端板(10)上；
在两个分配板(20)之间设有模拟电极(18)，所述模拟电极(18)上设有阵列排布的隔膜粒(19)；所述模拟电极(18)位于环氧端板(9)一侧，所述隔膜粒(19)位于透明有机玻璃端板(10)一侧；
所述透明有机玻璃端板(10)、分配板(20)、模拟电极(18)、隔膜粒(19)、环氧端板(9)内圆柱面共同构成电解液流动区域。
优选地：所述进口端板接头(6)和环氧端板(9)之间设有硅胶密封环(17)。
优选地：所述开关为球阀(7)。
优选地：所述出口端板接头(12)和所述环氧端板(9)之间设有硅胶密封环。
优选地：所述透明有机玻璃端板(10)上开设有多个定位孔，所述分配板(20)和透明有机玻璃端板(10)通过定位销(16)定位。
优选地：所述分配板(20)粘贴在透明有机玻璃端板(10)的左侧面。
优选地：所述环氧端板(9)和所述透明有机玻璃端板(10)通过G型夹钳(11)连接。
优选地：所述模拟电极(18)与两个分配板(20)相粘接。
优选地：两个分配板(20)相对面为台阶结构；所述模拟电极(18)粘接在两个分配板(20)的台阶上。
本发明具有的优点和积极效果是：
1、本发明在电解液流动区域一侧采用透明有机玻璃端板使得直观观测电解液流动轨迹成为可能。
2、本发明在进液口前设有支路以实现示踪液体的注入，通过粒子示踪法使得电解液的流动轨迹观测更为清晰。
3、本发明采用环氧端板确保了装置整体的刚性，避免了在反复试验拆装过程中装置发生变形导致电解液流动区域形状的改变，确保了流场区域的一致性；
4、本发明采用G型夹钳多位置夹紧的方式保证了电解液流场的厚度均匀性。
5、本发明采用增材制造方式制作分配板样件，确保加工精度的同时可实现设计原型的快速获取，缩短了分配板的设计验证周期。
6、本发明为铝氧化银电池单体内部电解液流动轨迹的直观观测提供了试验装置，为分配板的实效验证提供了手段，本发明设计的试验装置和方法可推广到同类型产品分配板设计验证中，大幅缩短设计周期，试验成本低廉，方法简单，收益显著。
附图说明
图1是本发明优选实施例的结构示意图；
图2是图1中I部分的局部放大图；
图3是本发明装置的局部示意图，用于显示夹紧位置；
图4是本发明优选实施例中环氧端板的主视图；
图5是本发明优选实施例中环氧端板的右视图；
图6是本发明优选实施例中环氧端板的左视图；
图7是本发明优选实施例中环氧端板的俯视图；
图8是图7中II部分的放大图；
图9是图4中III部分的放大图；
图10是图4中IV部分的放大图；
图11是本发明优选实施例中透明有机玻璃端板的主视图；
图12是本发明优选实施例中透明有机玻璃端板的右视图；
图13是图11中V部分的放大图。
图中：1、模拟电解液；2、进液管；3、流量调节泵；4、进口快速接头；5、进口转接头；6、进口端板接头；7、球阀；8、注墨接头；9、环氧端板；10、透明有机玻璃端板；11、G型夹钳；12、出口端板接头；13、出口转接头；14、出口快速接头；15、出液管；16、定位销；17、硅胶密封环；18、模拟电极；19、隔膜粒；20、分配板；21、O型密封圈；22、出液口；23、进液口。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～13，一种观测电解液流动轨迹的装置，包括环氧端板9和透明有机玻璃端板10；环氧端板9上设有进液口23和出液口22；进液口通过进口端板接头6、进口转接头5、进口快速接头4与进液管2连接；进口端板接头6和环氧端板9之间通过硅胶密封环17实现密封；进液管2插入模拟电解液1中并通过流量调节泵3实现流量的调节；进口端板接头6上设有注入示踪液体的支路并通过注墨接头8和球阀7实现该支路的启停；出液口通过出口端板接头12、出口转接头13、出口快速接头14与出液管15连接；出口端板接头12和环氧端板9之间通过硅胶密封环17实现密封；透明有机玻璃端板10通过定位销16进行定位，并通过O型密封圈21与环氧端板9之间形成活塞密封保证装置的密封性；透明有机玻璃端板10上粘贴有分配板20；两个分配板20相对面为台阶结构；所述模拟电极18粘接在两个分配板20的台阶上；分配板20采用增材制造方式(3D打印)制作，可实现设计原型的快速制作与修改；分配板20上粘贴有模拟电极18；模拟电极上布有阵列排布的隔膜粒19；透明有机玻璃端板10、分配板20、模拟电极18、隔膜粒19、环氧端板9的内圆柱面共同构成电解液流动区域；环氧端板9和透明有机玻璃端板10通过G型夹钳11夹紧，保证电解液流动区域厚度的均匀一致。
在上述优选实施例中：液体流动是由进液口进入，由出液口流出；
请参阅图4至图13，环氧端板9是凹陷的圆柱空腔，透明有机玻璃端板是凸起的圆柱凸台，二者扣合即构成了液体自进液口至出液口的流动区域，而进出口两端的分配板、模拟电极和隔膜粒一起起到的作用是对上述的流动区域进行进一步的分割和填充，确保液体可流动区域是实际工作时有电解液流经的区域。
简单来说，进出口分配板和模拟电极的背面与环氧端板圆柱空腔的底面紧贴，而其正面(即存在有隔膜粒的一面)则相当于环氧端板原来的圆柱空腔底面。
本发明的具体使用过程：
(1)分配板设计原型的制作：根据分配板上分液条设计的具体情况(位置、形状、尺寸等)结合环氧端板和透明有机玻璃端板的结构生成试验所用的分配板的结构，利用增材制造中的熔融堆积成型(FDM)工艺和PLA等常见耗材，快速制作分配板设计原型，在保证样件尺寸精度的同时，有效降低了加工成本，并确保了分配板在受压条件下结构尺寸的稳定性。
(2)模拟负极组件的制作：在模拟电极上通过迁移或涂布的方式形成阵列排布的隔膜粒后利用双面胶带或704硅橡胶等将模拟电极粘贴到分配板的台阶上，使得模拟电极的上表面与分配板台阶的上表面平齐，并且隔膜粒的上表面同分配板上分液条的上表面相平齐，完成模拟负极组件的制作。
(3)环氧端板和透明有机玻璃端板的装配：在粘贴有模拟负极组件的透明有机玻璃端板径向凹槽上装入O型密封圈，透明有机玻璃端板和环氧端板通过定位销进行定位，将透明有机玻璃端板扣合进环氧端板的圆柱腔内，并利用G型夹钳在图3所示夹紧位置夹紧环氧端板和透明有机玻璃端板使模拟负极和隔膜粒分别同环氧端板和透明有机玻璃端板紧密压接，采用力矩扳手保证各位置夹紧力一致，确保流场不同区域厚度均匀一致。
(4)其余零部件的装配：其余零部件按照图1所示进行装配，各接口处应保证密封性良好。
(5)电解液流动轨迹的观测：装配完成后，启动流量调节泵，使模拟电解液进入观测装置并由出液管排出至废液箱，调节流量至所需试验流量，待装置稳定后，打开球阀，从注墨接头以适当速率注入示踪液体，即可通过透明有机玻璃端板一侧观测到电解液在单体电池内部的流动轨迹，可通过拍照和录像等方式获得电解液流动轨迹的图像并与设计和仿真结果进行对比验证。
(6)试验结束后装置的清理：试验完成后应将进液管插入清水中，将装置内部冲洗干净后关停流量调节泵并拆解装置，清理各粘接表面的双面胶带，以备再次试验使用。
尽管上面结合附图对本发明的使用实例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种观测电解液流动轨迹的装置，其特征在于，包括环氧端板（9）和透明有机玻璃端板（10）；所述环氧端板（9）上设有进液口和出液口；其中：
所述进液口通过进口端板接头（6）、进口转接头（5）、进口快速接头（4）与进液管（2）一端连接；所述进液管（2）另一端插入模拟电解液（1）中；所述进液管（2）上安装有流量调节泵（3）；所述进口端板接头（6）上设有注入示踪液体的支路，在所述支路上安装有控制支路状态的开关，通过注墨接头（8）和球阀（7）实现该支路的启停；
装配完成后，启动流量调节泵，使模拟电解液进入观测装置并由出液管排出至废液箱，调节流量至所需试验流量，待装置稳定后，打开球阀，从注墨接头以适当速率注入示踪液体，即可通过透明有机玻璃端板一侧观测到电解液在单体电池内部的流动轨迹，通过拍照和录像方式获得电解液流动轨迹的图像并与设计和仿真结果进行对比验证；
所述出液口通过出口端板接头（12）、出口转接头（13）、出口快速接头（14）与出液管（15）连接；
在所述进液口和出液口处设置有分配板（20），所述分配板（20）固定于透明有机玻璃端板（10）上；所述分配板（20）采用增材制造方式制作；
在两个分配板（20）之间设有模拟电极（18），所述模拟电极（18）上设有阵列排布的隔膜粒（19）；所述模拟电极（18）位于环氧端板（9）一侧，所述隔膜粒（19）位于透明有机玻璃端板（10）一侧；
所述透明有机玻璃端板（10）、分配板（20）、模拟电极（18）、隔膜粒（19）、环氧端板（9）内圆柱面共同构成电解液流动区域。
2.根据权利要求1所述的观测电解液流动轨迹的装置，其特征在于：所述进口端板接头（6）和环氧端板（9）之间设有硅胶密封环（17）。
3.根据权利要求1所述的观测电解液流动轨迹的装置，其特征在于：所述出口端板接头（12）和所述环氧端板（9）之间设有硅胶密封环。
4.根据权利要求1所述的观测电解液流动轨迹的装置，其特征在于：所述透明有机玻璃端板（10）上开设有多个定位孔，所述分配板（20）和透明有机玻璃端板（10）通过定位销（16）定位。
5.根据权利要求1所述的观测电解液流动轨迹的装置，其特征在于：所述分配板（20）粘贴在透明有机玻璃端板（10）的左侧面。
6.根据权利要求1所述的观测电解液流动轨迹的装置，其特征在于：所述环氧端板（9）和所述透明有机玻璃端板（10）通过G型夹钳（11）连接。
7.根据权利要求1所述的观测电解液流动轨迹的装置，其特征在于：所述模拟电极（18）与两个分配板（20）相粘接。
8.根据权利要求1所述的观测电解液流动轨迹的装置，其特征在于：两个分配板（20）相对面为台阶结构；所述模拟电极（18）粘接在两个分配板（20）的台阶上。
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