本发明专利技术提供了一种分布装置，所述分布装置包括主体部件，所述主体部件具有其横截面的主直径R0和沿纵向的主长度，并且主长度与主直径之比为2至1,000,000；从主体部件向两侧延伸的N1个一级分支部件，其具有其横截面的一级直径r1和沿纵向的一级长度，并且一级长度与一级直径之比为2至1,000,000，其中，各个一级分支部件之间具有第一间距d1，并且每个一级分支部件与主体部件之间具有第一夹角α1；本发明专利技术还提供了包括该分布装置的微反应器或电池。
【技术实现步骤摘要】
包含分支结构的分布装置
本专利技术涉及一种分布装置，具体涉及一种包含分支结构、例如多级分支部件的分布装置；以及包括该分布装置的微反应器或电池。
技术介绍
传统的电池通常具有两个电极，也即被电解质隔开的阳极和阴极，这些电极通常由良好的电子导体材料制成，并且将电能储存为电池组电池中的化学能以及电容器电池中的表面静电能。燃料电池是一种常用的电池，其中包括催化电极，这些催化电极将燃料的化学能转化为燃料电池中的电能。电池还含有电解质，该电解质通常以串联方式位于阳极和阴极之间。在电池的充电或放电期间，两个电极之间的反应涉及电化学电池内正电荷在两个电极之间输送。在充电和放电期间，负电荷作为电子电流在外部电路中传输。在传统电池组电池中，两个电极都是电解质的可迁移阳离子(通常称为工作离子)的供应来源和储存部件。在充电期间、一个电极用作工作离子的来源，而另一电极用作储存部件；在放电期间，这些功能在放电过程中则颠倒过来。在传统电化学电容器电池中，静电能作为电能储存在两个电极/电解质界面的两个双电层电容器中。但是，传统电池存在很多的问题，例如电池安全性较低，电池的充放电速率较低，电池的电荷容量较低，电池的效率较低等等。为了解决上述问题，目前本领域通常的改进技术是试图通过电极材料的改进和选择、电解质的选择、采用不同形式的电极(例如，膜电极)等来进行改进。例如，通过改变阳极和阴极的电极材料和/或电解质材料来提高电池的容量、功率性能和安全性；或者，通过改变电极的形态，采用膜电极形式构建电池来提高电池的容量和安全性。虽然传统电池的各项性能已经得到了部分提高，但是其与理论上可以实现的最优值仍然存在差距。这可能是因为传统电池由于其结构的局限性，具有电解质流速和流量不均匀、电解质浓度分布不均匀或存在死角的问题。因此，电池内电解不均匀，电极上电流分布不均匀。因此在加载电流时，会导致电极上电势分布不均匀。因此，需要一种可以应用于各种电极和电解质材料的新型结构设计，来改进电解质分布，提高电势分布均匀性，增大电流密度，提高电池效率，增加电池电荷容量，并改进安全性。此外，在微反应器中存在相同的问题。微化工技术是顺应可持续发展与高技术发展需要而产生的一种新技术，是二十一世纪化学工程学科发展的重要方向之一，主要研究尺度在数微米至数百微米以内的微型设备和并行分布系统中的过程特征和规律。微反应技术是微化工技术的核心，是一种全新的过程强化技术，许多反应过程在微反应器中变得更经济、更快速、更安全以及更环保。微反应器是一种单元反应界面宽度为微米量级的微型化的化学反应系统，也可称之为微反应器或微通道连续反应器。相较于传统的混合反应器，微通道连续反应器具有便于精确操作、副反应少、节能减排、可连续操作等优点，它可以提供极大的比表面积、传质传热效率极高，同时实现了流体间的快速均匀混合。微反应器通常用于复杂、反应剧烈、放热或吸热量大的化学反应。微反应器至少包括但不限于：具有至少一个流入和至少一个流出的反应区。在反应区中发生受控反应，由此，在至少一个反应区中可以使用或不使用催化剂。反应区可以设计成使得流体合并和/或分支的混合井或连续流井。但是由于微反应器中狭窄的微通道，其内部的反应物难以均匀分布。现有的反应器多采用在平板上加工出具有扰流结构的微通道，但是因为通道中的扰流结构阻挡作用，这种微通道结构会导致微反应器中反应物料的流量较小，仅能应用于实验室或小规模的生产，难以应用于较大产量要求的工业化生产中。因此，需要一种新型结构，以使得反应物分布更均匀，使流体间快速均匀混合，进而提高反应效率，并且能够适用于较大产量要求的工业化生产。另外，同样由于微反应器中狭窄的微通道，温度梯度增加，再加上大的比表面积，这显著强化了微反应器的传热能力。由于微反应器在传热方面的优势，使其经常被应用于放热量或吸热量较大场合，因此能够及时传导热量，维持反应温度的稳定是微反应器的重要要求之一。为了维持反应温度的稳定，微反应器中通常组合或集成有冷却系统，所述冷却系统中具有冷却剂。通常，在冷却剂未经过相变的情况下，每个冷却通道所经过的反应通道的数量是不同的，导致在后面的冷却通道中出现温度升高，导致整个系统内的不同反应通道的冷却能力不均匀。此外，由于温度变化，管内流体的粘度会发生变化，这又导致在各个通道上以及在冷却区域和反应区域上介质的不均匀分配，这也是不希望的。就此而言，反应介质的不均匀分配是一个问题，因为这意味着不同的停留时间。而在冷却剂发生相变的情况下则更加复杂。当冷却剂保持单相时，待去除的热量沿反应通道发生变化，而在冷却剂发生相变时，这意味着不同程度的蒸发。蒸发首先在反应进行得更快的区域上发生。反应的温度控制更加困难。纯蒸汽所通过的反应通道不能再充分冷却，因为蒸汽的质量流量和比热容要小得多。在极端情况下，蒸发过程可能在实际的冷却通道和冷却剂在反应通道纵向上的分配变得更加困难之前进行。由于反应通道的通常垂直取向，这意味着冷却通道的分配同样垂直地发生，并受到重力的影响。因此，通过在冷却通道前面形成气泡，最终气泡会阻碍冷却剂进入某些区域。现有技术中存在解决突出问题的几种解决方案。例如，使用在微通道中具有相变的流动控制；例如，使用具有填充分级催化剂的交叉流型的构造；例如，通过压力影响通道结构中分配；使用助催化剂；沿反应区使用不同数量的通道；使用不同冷却剂的温度梯度；使用不同形状(曲折的)的通道。但是，其都未提供一种用于适用于各种冷却剂(包括发生相变的冷却剂和不发生相变的冷却剂)的分布装置，其能够改进冷却剂的分布，得到更好的冷却效果，使得反应温度更稳定。
技术实现思路
为了解决上述问题，专利技术人试图研发一种仿生结构的分布装置。该分布装置可以使得流体分布更均匀。所述分布装置能够提高反应效率，改进电极的电势分布均匀性、电流密度、电解效率，并且提高微反应器内的反应物分布、流体间的混合、反应效率，使微反应器适用于工业化生产，改进冷却装置的冷却剂分布，得到更好的冷却效果，使得反应温度更稳定。根据本公开第一方面，提供了一种分布装置，其包括：主体部件，所述主体部件具有其横截面的主直径R0和沿纵向的主长度L，并且主长度与主直径之比为2至1,000,000，从主体部件向两侧延伸的N1个一级分支部件，其具有其横截面的一级直径r1和沿纵向的一级长度L1，并且一级长度与一级直径之比为2至1,000,000，其中，各个一级分支部件之间具有第一间距d1，并且每个一级分支部件与主体部件之间具有第一夹角α1，任选的，从每个一级分支部件两侧延伸的N2个二级分支部件，其具有其横截面的二级直径r2和沿纵向的二级长度L1，并且二级长度与二级直径之比为2至1,000,000，其中，从同一个一级分支部件延伸的各二级分支部件之间具有第二间距d2，并且每个二级分支部件与对应的一级分支部件之间具有第二夹角α2，任选的，从每个二级分支部件两侧延伸的N3个三级分支部件，其具有其横截面的三级直径r3和沿纵向的三级长度L3，并且三级长度与三级直径之比为2至1,0本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种分布装置，其包括：/n主体部件，所述主体部件具有其横截面的主直径R
【技术特征摘要】
1.一种分布装置，其包括：
主体部件，所述主体部件具有其横截面的主直径R0和沿纵向的主长度L，并且主长度与主直径R0之比为2至1,000,000，
从主体部件两侧向外延伸的N1个一级分支部件，其具有其横截面的一级直径r1和沿纵向的一级长度L1，并且一级长度与一级直径之比为2至1,000,000，其中，各个一级分支部件之间具有第一间距d1，并且每个一级分支部件与主体部件之间具有第一夹角α1，
任选的，从每个一级分支部件两侧向外延伸的N2个二级分支部件，其具有其横截面的二级直径r2和沿纵向的二级长度L2，并且二级长度与二级直径之比为2至1,000,000，其中，从同一个一级分支部件延伸的各二级分支部件之间具有第二间距d2，并且每个二级分支部件与对应的一级分支部件之间具有第二夹角α2，
任选的，从每个二级分支部件两侧延伸的N3个三级分支部件，其具有其横截面的三级直径r3和沿纵向的三级长度L3，并且三级长度与三级直径之比为2至1,000,000，其中，从同一个二级分支部件延伸的各三级分支部件之间具有第三间距d3，并且每个三级分支部件与对应的二级分支部件之间具有第三夹角α3，
且满足以下关系式：
2.如权利要求1所述的分布装置，其特征在于，所述主体部件、一级分支部件、任选的二级分支部件和任选的三级分支部件各自分别是实心的或空心的。
3.如权利要求1或2所述的分布装置，其特征在于，所述一级分支部件、任选的二级分支部件和任选的三级分支部件中的最低一级分支部件连接于下游主体部件；
所述主体部件包括尾端部，该尾端部从最下游处的一级分支部件根部延伸到所述主体部件的末端，所述末端不与任何下游部件相连，所述尾端部的长度为L/10至L/20。
4.如权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭词，赵陆海波，薛俊利，王刚，张晓丹，唐志永，
申请(专利权)人：上海岚泽能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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