CN220491994U - 一种反应模块的盒体、反应模块及反应堆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种反应模块的盒体、反应模块及反应堆，涉及铝燃料电池领域，盒体包括反应腔和装配于反应腔外侧的压框，所述反应腔的侧面由至少两条支撑条组成，所述支撑条的外侧设置有若干个支撑台；所述压框具有压条，所述压条的内外侧均布置有若干个凸台，位于压条内侧的凸台所在的空间位置与支撑台相匹配；反应模块包括盒体、铝材料块和空气电极膜片；反应堆包括若干个反应模块。本实用新型能够保证空气电极膜片最大面积与电解液及空气的接触，还能有效支撑空气电极膜片，避免空气电极在电解液的压力作用下发生变形，降低空气电极膜片出现破裂、损坏的可能，同时减少电解液在空气电极膜片与支撑条之间存在的沉积物。

Description

一种反应模块的盒体、反应模块及反应堆

技术领域

本实用新型涉及铝燃料电池领域，尤其是一种反应模块的盒体、反应模块及反应堆。

背景技术

铝燃料电池即为铝空气燃料电池，是一种新型的高能量化学电池，该电池具有能量密度大、质量轻、材料来源丰富、无污染、可靠性高、寿命长等优点。铝燃料电池是用铝材料或铝合金材料作为阳极，用空气电极膜片作为阴极，碱或盐溶液作为电解液进行化学反应；放电过程中，铝材料失去电子被氧化，空气中的氧在空气电极膜片上得到电子被还原而释放电能的化学电池。

铝燃料电池具有用于发生电化学反应的反应堆，反应堆中存在的铝材料块、电解液和空气电极膜片构成一个发电整体。目前的反应堆是通过若干个反应模块组成，每个反应模块相当于一个小型的反应堆，其也具备铝材料块、容纳电解液的反应腔和空气电极膜片；为了保证电化学反应速度和发电效率，空气电极膜片需要大面积的与电解液、空气接触，而当空气电极膜片大面积的与电解液、空气接触时，空气电极不能被充分支撑，从而空气电极膜片在电解液的液压作用下会发生变形，从而导致空气电极膜片破裂出现损坏，影响反应模块的发电工作。

实用新型内容

本实用新型的实用新型目的在于：针对上述存在的问题，提供一种反应模块的盒体、反应模块及反应堆，能够保证空气电极膜片最大面积与电解液及空气接触，还能有效支撑空气电极，避免空气电极在电解液的压力作用下变形，降低空气电极膜片出现破裂、损坏的可能，同时减少电解液在空气电极膜片与支撑条之间存在的沉积物。

本实用新型采用的技术方案如下：一种反应模块的盒体，包括反应腔和装配于反应腔外侧的压框，所述反应腔的侧面由至少两条支撑条组成，所述支撑条的外侧设置有若干个支撑台；所述压框具有压条，所述压条的内外侧均布置有若干个凸台，位于压条内侧的凸台所在的空间位置与支撑台相匹配。

进一步地，所述支撑条的所在空间位置、数量均与压条所在的空间位置、数量相匹配。

进一步地，所述支撑条包括纵向条和横向条，所述纵向条和横向条均匀分布；并且存在部分支撑台固定与纵向条、横向条交叉的位置。

进一步地，所述支撑台或/和凸台为十字形。

进一步地，所述反应腔的侧面内或/和支撑条的内侧上均设置有用于约束铝材料块的对中限位条。

进一步地，所述反应腔的底部设置有用于电解液流入反应腔的进液口。

进一步地，还包括排液腔，所述排液腔与反应腔之间设置有溢流口；所述排液腔的底部设置有排液孔。

一种铝燃料电池的反应模块，应用所述的盒体，所述反应腔内放置有铝材料块；所述压框与反应腔的侧面之间装配有空气电极膜片。

一种铝燃料电池的反应堆，包括至少一块所述的反应模块和外壳，所述反应模块以侧面靠近的方式阵列于外壳内；相邻的所述反应模块上的凸台相互抵靠，靠近外壳内壁的反应模块上的凸台抵靠于外壳的内壁。

一种反应模块的盒体支撑空气电极膜片的方法，应用所述的反应堆，包括以下步骤：

S1：将空气电极膜片安装在压框与反应腔的侧面之间；铝材料块放置在反应腔内，完成反应模块的组装；

S2：将组装好的反应模块以阵列的方式装配在外壳内；并且相邻的反应模块上的凸台相互抵靠，靠近外壳内壁的反应模块上的凸台抵靠于外壳的内壁；

S3：向反应腔内充入电解液后，空气电极膜片受到液体压力的作用，具有向外扩张的趋势；

S4：空气电极膜片受到压框的约束，并且将液体压力传递至压条；压条上的凸台通过相互抵靠和抵靠于外壳的内壁形成约束，支撑空气电极膜片；

S5：空气电极膜片的两侧分别受到支撑台、凸台的支撑，空气电极膜片与支撑条、压条之间均存在间隙；电解液能够存在于空气电极膜片与支撑条中，空气电极膜片与电解液的接触面积得到增大，空气电极膜片与支撑条的接触面积减少，沉积物减少；空气能够存在于空气电极膜片与压条之间的间隙中，空气与空气电极膜片的接触面积得到增大；

S6：相邻的反应模块之间由于凸台的存在使得反应模块之间存在间隙，空气进出该间隙充分与空气电极接触，反应模块中电化学反应正常进行。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过设置支撑条，支撑条将铝材料块与空气电极膜片隔开，避免两者接触，保证形成稳定的化学电池结构；

2、本实用新型通过设置压框，压框的外侧设置有凸台，装配完成后通过凸台相互抵靠实现对压框约束，进而对空气电极膜片进行约束，达到有效支撑空气电极的目的，避免空气电极在电解液的液压作用下发生变形，降低空气电极膜片出现破裂、损坏的可能；

3、本实用新型由于压框的外侧设置有凸台，使得反应堆中的盒体之间存在间隙，保证空气能够存在于相邻的反应模块之间，从而使得空气电极膜片能够与空气正常接触，从而保证电化学反应的正常进行，保证发电效率；

4、本实用新型由于压框的内侧设置有凸台，该凸台位于空气电极膜片与压框之间，使得空气电极膜片与压条之间存在间隙，减少压条与空气电极膜片的接触面积，从而增大空气电极膜片与空气的接触面积。

5、本实用新型由于在支撑条上设置支撑台，支撑台支撑空气电极膜片，减少空气电极膜片与支撑条之间的接触面，从而提高空气电极膜片与电解液的接触面积；并且支撑台位于空气电极膜片与支撑条之间，使得空气电极膜片与支撑条之间存在间隙，使得电解液能够存在该间隙位置并且流通过该间隙，从而减少电解液在空气电极膜片与支撑条接触位置产生的沉积物，保证电化学反应的正常进行。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本实用新型公开的盒体的结构示意图；

图2为本实用新型公开的盒体的侧面正视图；

图3为本实用新型公开的压框的正视图；

图4为本实用新型公开的盒体的剖视结构示意图；

图5为本实用新型公开的反应模块的爆炸示意图；

图6为本实用新型公开的反应堆的爆炸示意图；

图7为本实用新型公开的反应堆内部正视结构示意图；

图8为图7中A处的放大示意图；

图9为本实用新型公开的对中限位条的安装位置示意图；

图中标记：1-盒体；11-反应腔；12-支撑条；121-横向条；122-纵向条；13-支撑台；14-压框；141-凸台；142-压条；15-进液口；16-排液孔；17-排液腔；18-溢流口；19-对中限位条；2-反应模块；21-铝材料块；22-空气电极膜片；3-反应堆；31-外壳；32-风机；33-通风口；34-防尘网。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

如图1－图4所示，一种反应模块的盒体，包括用于放置铝材料块21和存放电解液的反应腔11，所述反应腔11的侧面由五条支撑条12组成，当然，支撑条12的条数也可以为两条或者其他，具体根据实际情况而选择；以支撑条12所在的面为界，反应腔11内称作为内侧，反应腔11外称作为外侧；实际上，在装配铝材料块21和空气电极膜片22时，铝材料块21装配在内侧，空气电极膜片22装配在外侧，所有支撑条12将铝材料块21和空气电极膜片22隔开，避免两者接触，保证形成稳定的化学电池结构。

在本实施例中，所述支撑条的外侧设置有六个支撑台；六个支撑台13均匀布置与支撑条12所在的侧面，用于支撑空气电极膜片22；实际上，支撑台13配合下文中的压框14，对空气电极膜片22进行夹持，保证空气电极膜片22的位置稳定；一方面，设置支撑台13能够使得减少支撑条12与空气电极膜片22之间的接触面积，具体的将支撑条12与空气电极膜片22接触的面积转变成支撑台13与空气电极膜片22接触的面积，空气电极膜片22与支撑条12之间存在间隙，电解液可填充该间隙，即增加电解液与空气电极膜片22之间的接触面积，保证电化学反应的有效进行；另一方面，电解液能够过流于该支撑条12与空气电极膜片22之间的间隙，流动的电解液能够冲刷该间隙，从而减少空气电极膜片与支撑条接触位置因电解液结晶等因素产生的沉积物，保证电化学反应的正常进行。

在本实施例中，该盒体1还包括压框14，压框14装配在外侧并且位于反应腔11的侧面，用于将空气电极膜片22支撑于支撑条12上；为了方便更换空气电极模块和安装空气电极模块，所述压框14与盒体1可拆卸连接，优选在盒体1的侧面设置用于放置压框14的放置槽，放置槽的几何尺寸与压框14的几何尺寸相匹配，压框14直接放置在放置槽内即可；实际上，空气电极膜片22也放置在放置槽内，支撑条12所在面为放置槽的槽底；所述压框14由边框和固定在边框内的压条142组成，压条142的两端固定在边框内，边框的存在，使得压条142的强度得到提高，从而整个压框具有较高的强度。

在本实施例中，所述压条142的外侧布置有若干个凸台141，反应堆中装配若干个本实施例所述的盒体1后，相邻的盒体1之间的凸台141相互抵靠实现对压框14约束，进而对空气电极膜片22进行约束，达到有效支撑空气电极膜片的目的，避免空气电极在电解液的液压作用下发生变形，降低空气电极膜片22出现破裂、损坏的可能。

在本实施例中，所述压条142的内侧也布置有若干个凸台141，该凸台141位于空气电极膜片22与压条142之间，使得空气电极膜片22与压条142之间存在间隙，空气能够存在于该间隙中，从而增大空气与空气电极膜片22之间的接触面积，保证电化学反应的正常进行；所述凸台141所在的空间位置与支撑台13所在的空间位置相匹配，使得约束受力的直接作用在支撑台13上，具体的，约束力在位于压条142外侧的凸台141之间产生，并且传递至压条142，随后传递至压条142内侧的凸台141上，经过压条142内侧的凸台141作用在空气电极膜片22上，配合支撑台13达到夹持支撑空气电极膜片22的目的，保证支撑台13与压框14之间的稳定夹持空气电极膜片22。

实施例2

在实施例1的基础上，进一步地提出可实施的具体实施方式。

一种可选的具体实施方式，如图1－图3所示，所述支撑条12的所在空间位置、数量均与压条142所在的空间位置、数量相匹配，保证空气电极膜片22的两个面受到的支撑位置相同，避免空气电极膜片22中的某个位置上一个面具有支撑，另一个面不具有支撑的情况出现，从而避免该位置出现局部向内侧或者向外侧变形；即支撑条12与压条142配合夹持空气电极膜片22，保证其支撑的稳定。

进一步地，如图2、图3所示，所述支撑条12的排布方式可以沿着横向阵列排布，或者沿着纵向阵列排布，则压条142的排布方式可以沿着横向阵列排布，或者沿着纵向阵列排布；仅横向阵列排布支撑条12或者仅纵向排布支撑条12时，支撑条12仅其两端受到盒体1的约束，并且配合压条142使得空气电极膜片22只受到横向或纵向的支撑，所以，虽然上述两种排布方式可行，但是其支撑的稳定性能不高；为此，所述支撑条12和压条142的排布方式为横向、纵向同时阵列排布，即所述支撑条12包括纵向条122和横向条121，所述纵向条122沿着横向阵列排布，所述横向条121沿着纵向阵列排布，通过横向条121和纵向条122将所在面分割成若干个矩形面积块，即整个空气电极膜片22在横向和纵向均能受到均匀的约束，保证空气电极膜片22被稳定约束在支撑条12与压条142之间，避免空气电极在电解液的液压作用下发生变形，降低空气电极膜片22出现破裂、损坏的可能。

进一步地，对于压条142的排布方式为横向、纵向同时阵列排布，存在部分凸台141固定于纵向压条142、横向压条142交叉的位置，一方面该交叉的位置为约束的主要受力点；另一方面，凸台141使得横向压条142、纵向压条142相互连接，提高压框14的强度，即提高约束能力。

进一步地，所述支撑台13的形状为十字形，设置在横向条121与纵向条122交叉的位置，一方面使得横向条121、纵向条122相互连接，提高反应腔11侧面的强度；另一方面，将支撑台13设置成十字形能够使得支撑台13受到的约束力沿着纵向和横向分布，从而进一步地提高空气电极膜片22被支撑的稳定性；并且能够提高支撑台13与空气电极膜片22之间的接触面积，避免支撑台13刺破空气电极膜片22。

实施例3

如图1所示，在实施例1-2中任意一种实施方式的基础上，进一步地提出关于“盒体1”结构的实施方式。

一种可行的具体实施方式，如图9所示，所述反应腔11的侧面内或/和支撑条12的内侧上均设置有用于约束铝材料块21的对中限位条19，对中限位条19之间的间距与铝材料块21的厚度尺寸相匹配，即对中限位条19的外侧与反应腔11的侧面或/和支撑条12固定连接，对中限位条19的内侧与铝材料块21的表面抵接，达到约束铝材料块21的目的，使得铝材料块21的两个端面距离空气电极膜片22之间间距相等，从而保证在同一块铝材料块21上两个端面上的电化学反应速率相同且均匀。

一种可行的具体实施方式，所述反应腔11的底部设置有用于电解液流入反应腔11的进液口15，进液口15设置在反应腔11的底部，一方面在中断电化学反应时能够快速排除反应腔11中的电解液；另一方面在进行电化学反应时能够利用液体自身的缓冲能力，降低电解液机内反应腔11时对反应腔11内电解液液面产生的波动，提高电化学反应的稳定，从而提高电压或电流的稳定。

一种可行的具体实施方式，盒体1还包括排液腔17，排液腔17设置在反应腔11的侧面；所述排液腔17与反应腔11之间设置有溢流口18，反应腔11中的电极液通过溢流口18以溢流的方式流入到排液腔17中；所述排液腔17的底部设置有排液孔16，电解液通过排液孔16排除排液腔17内的电解液。

需要说明的是，设置溢流口18可以知道盒体1是应用在流动的电解液环境中，即存在不断的电解液从进液口15进入反应腔11，反应腔11中的电解液不断从溢流口18进入排液腔17，排液腔17中的电解液不断从排液孔16流出；从而保证反应腔11中电解液的浓度，即保证电化学反应的正常进行。

实际上，通过隔板将盒体1内部空间分割形成反应腔11和排液腔17，并且溢流口18设置在隔板的顶部，能够保证反应腔11中电解液的液位，从而达到反应腔11中的铝材料块21能够完全浸没在电解液中，保证电化学反应的正常进行和发电效率；溢流口18的设置使得电解液通过溢流方式流出反应腔11，从而降低反应腔11内电解液的液面波动，提高电化学反应的稳定性。

实施例4

如图5所示，一种铝燃料电池的反应模块，应用实施例1-3中任意一项实施方式所述的盒体1，所述反应腔11内放置有铝材料块21，铝材料块21卡在对中限位条19之间；所述压框14与反应腔11的侧面之间装配有空气电极膜片22，向反应腔11中充入电解液，即可使得铝材料块21、电解液和空气电极膜片22构成一个电化学反应发电的整体；铝材料块21作为阳极失去电极被氧化，空气电极膜片22作为阴极，其上接触的氧得到电子被还原。

实施例5

如图6-图8所示，一种铝燃料电池的反应堆，包括至少一块实施例4所述的反应模块2和外壳31，根据所需要的电压值确定该反应堆3中反应模块2的数量，多个所述反应模块2以侧面靠近的方式阵列于外壳31内，并且多个反应模块2之间的电连接以串联的方式进行连接；每一个反应模块2相当于一个原电池，在反应堆3中增加对应数量的反应模块2，串联使得每个反应模块2的电压能够叠加，达到所需要的电压值。

在本实施例中，如图7-图8所示，在外壳31内安装完毕所有反应模块2后，前一个反应模块2上位于左侧面外的凸台141与后一个反应模块2上位于右侧面外的凸台141相互抵靠，依次循环，从而使得所有相邻的所述反应模块2上的凸台141相互抵靠；靠近外壳31内壁的反应模块2上一侧面的凸台141抵靠在外壳31上，从而使得所有反应模块2被约束在外壳31内；进一步地，在向反应腔11中从而电解液后，空气电极膜片22受到电解液的压力后具有向外扩张的趋势，但是有与压框14的存在，并且压框14上的凸台141相互抵靠形成约束，以及压框14上的凸台141抵靠在外壳31的内壁形成约束，使得空气电极膜片22向外扩张受到约束，从而达到有效支撑空气电极的目的，避免空气电极在电解液的液压作用下发生变形，降低空气电极膜片22出现破裂、损坏的可能，保证电化学反应的正常进行，保证发电效率；另一方面，凸台141之间相互抵靠，凸台141与外壳31的内壁之间相互抵靠使得反应模块2之间，反应模块2与边框之间存在间隙，该间隙的存在使得空气电极膜片22能够充分与空气中的氧接触，从而保证电化学反应的正常进行，保证发电效率。

在本实施例中，如图3所示，一种可行的具体实施方式，所述外壳31上设置有通风口33和风机32，并且所述风机32以吹风方向正对着通风口33的安装姿态安装在保护外壳31上，通风口33和风机32能够提高反应堆3内部的空气流动，一方面保证空气电极所需要的氧含量；另一方面，电化学反应在产生电能的同时，还会产生热量，从而导致电解液温度过高，电解液温度过高会使得电化学反应过于剧烈，从而出现大电流，电流过大也会引起较大的发热损耗，具体的发热损耗与电流的平放成正比；并且，温度过高存在电解液的挥发速度较高、影响周围零件和设备的工况等缺陷；设置风机32和通风口33能够提高反应堆3内部的空气流动，从而快速带走电化学反应产生的热量，进而使得反应堆3中的电化学反应能够长时间处于最佳反应环境。

进一步地，一种可行的具体实施方式，所述通风口33处设置有防尘网34，该防尘网34完全覆盖所述通风口33，防尘网34避免灰尘进入反应堆3内部，降低静电的产生。

实施例6

如图1-图9所示，一种反应模块的盒体支撑空气电极膜片的方法，应用实施例5所述的反应堆3，包括以下步骤：

S1：将空气电极膜片22安装在压框14与反应腔11的侧面之间；铝材料块21放置在反应腔11内，完成反应模块2的组装；

S2：将组装好的反应模块2以阵列的方式装配在外壳31内；并且相邻的反应模块2上的凸台141相互抵靠，靠近外壳31内壁的反应模块2上的凸台141抵靠于外壳31的内壁；

S3：通过进液口15向反应腔11内充入电解液后，空气电极膜片22受到液体压力的作用，具有向外扩张的趋势；

S4：空气电极膜片22受到压框14的约束，并且将液体压力传递至压条142；压条142上的凸台141通过相互抵靠和抵靠于外壳31的内壁形成约束，支撑空气电极膜片22；

S5：空气电极膜片22的两侧分别受到支撑台13、凸台141的支撑，空气电极膜片22与支撑条12、压条142之间均存在间隙；电解液能够存在于空气电极膜片22与支撑条12中，空气电极膜片22与电解液的接触面积得到增大，空气电极膜片22与支撑条12的接触面积减少，流动的电解液能够冲刷空气电极膜片22与支撑条12，使得沉积物减少；空气能够存在于空气电极膜片22与压条142之间的间隙中，空气与空气电极膜片22的接触面积得到增大；

S6：凸台141的存在使得反应模块2之间存在间隙，空气进出该间隙充分与空气电极接触，反应模块2中电化学反应正常进行。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种反应模块的盒体，其特征在于：包括反应腔（11）和装配于反应腔（11）外侧的压框（14），所述反应腔（11）的侧面由至少两条支撑条（12）组成，所述支撑条（12）的外侧设置有若干个支撑台（13）；所述压框（14）具有压条（142），所述压条（142）的内外侧均布置有若干个凸台（141），并且位于压条（142）内侧的凸台（141）所在的空间位置与支撑台（13）相匹配。

2.根据权利要求1所述的盒体，其特征在于：所述支撑条（12）的所在空间位置、数量均与压条（142）所在的空间位置、数量相匹配。

3.根据权利要求2所述的盒体，其特征在于：所述支撑条（12）包括纵向条（122）和横向条（121），所述纵向条（122）和横向条（121）均匀分布；并且存在部分支撑台（13）固定与纵向条（122）、横向条（121）交叉的位置。

4.根据权利要求1所述的盒体，其特征在于：所述支撑台（13）或/和凸台（141）为十字形。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的盒体，其特征在于：所述反应腔（11）的侧面内或/和支撑条（12）的内侧上均设置有用于约束铝材料块（21）的对中限位条（19）。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的盒体，其特征在于：所述反应腔（11）的底部设置有用于电解液流入反应腔（11）的进液口（15）。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的盒体，其特征在于：还包括排液腔（17），所述排液腔（17）与反应腔（11）之间设置有溢流口（18）；所述排液腔（17）的底部设置有排液孔（16）。

8.一种反应模块，应用权利要求1-7任意一项所述的反应模块的盒体，其特征在于：所述反应腔（11）内放置有铝材料块（21）；所述压框（14）与反应腔（11）的侧面之间装配有空气电极膜片（22）。

9.一种反应堆，其特征在于：包括至少一块权利要求8所述的反应模块（2）和外壳（31），所述反应模块（2）以侧面靠近的方式阵列于外壳（31）内；相邻的所述反应模块（2）上的凸台（141）相互抵靠，靠近外壳（31）内壁的反应模块（2）上的凸台（141）抵靠于外壳（31）的内壁。