CN115149064A - 一种高温固体氧化物燃料电池电堆用夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温固体氧化物燃料电池电堆用夹具，包括电堆、支撑模块、夹具保温模块和电堆夹具模块，夹具保温模块安装在支撑模块上，电堆夹具模块包括施压机构和调整机构，可根据场地平整度不同随时调整调整机构的水平度，保证电堆始终处于水平；施压机构可以对电堆施加所需的压紧力，可以防止电堆材料因高温热膨胀带来的燃料气泄露；夹具保温模块使得电堆处于一个接近均匀的温度场中，减少了因温度分布不均对电堆带来的影响。

Description

一种高温固体氧化物燃料电池电堆用夹具

技术领域

本发明涉及高温固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种高温固体氧化物燃料电池电堆用夹具。

背景技术

电堆夹具是用于解决电堆安装定位，电堆放置的水平度，电堆顶部的压紧力的工具。现有的高温电堆中（工作温度在600-800℃），升温和降温过程中电堆自身会出现膨胀和收缩，电堆竖直方向垂直偏差不能太大，否则容易出现燃料气泄露风险，因此电堆承放台必须处于水平，但是目前高温电堆的电堆夹具无法调整电堆放置的水平度。

发明内容

本发明的目的是设计一种高温固体氧化物燃料电池电堆用夹具，使其实现可方便快速调整电堆放置的水平度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高温固体氧化物燃料电池电堆用夹具，包括电堆、支撑模块、夹具保温模块和电堆夹具模块，所述夹具保温模块安装在所述支撑模块上，所述电堆夹具模块包括施压机构和调整机构，所述调整机构包括调整台和多根调整杆，所述调整台上对称设有多个通孔，多根所述调整杆通过多个所述通孔与所述调整台连接，多根所述调整杆还贯穿所述夹具保温模块与所述支撑模块；多个所述调整杆上均连接有第一调整螺母、第二调整螺母和第三调整螺母，所述第一调整螺母位于所述调整台的上方，所述第二调整螺母位于所述调整台的下方，所述第三调整螺母位于所述支撑模块的下方；所述调整台与所述施压机构连接，所述电堆放置在所述调整台上且与所述施压机构配合。

进一步，所述施压机构包括施压板和多根施压杆，所述施压板上设有多个光孔，所述光孔与所述施压杆的数量相同，所述施压杆穿过所述光孔与所述施压板连接，所述施压杆上设有位于所述施压板上方的第一施压螺母；所述施压杆的下部依次贯穿所述夹具保温模块和所述支撑模块，所述施压杆上还连接有第二施压螺母和施压弹簧，所述施压弹簧的一端与所述支撑模块的底部抵接，所述施压弹簧的另一端与所述第二施压螺母抵接；所述电堆通过气流转换板放置在所述调整台上，所述电堆的顶部与所述施压板抵接且所述电堆位于多根所述施压杆围成的区域内。

进一步，所述调整杆上还连接有第四调整螺母，所述第四调整螺母位于所述第三调整螺母的下方。

进一步，所述夹具保温模块包括设于所述支撑模块上的保温平台以及与所述保温平台配合的保温箱体；多根所述调整杆均安装在所述保温平台上。

进一步，所述保温平台包括支撑台，所述保温箱体与所述支撑台可拆卸连接，所述支撑台的底部与所述支撑模块连接，所述支撑台的上端面设有保温层，所述保温层的内部填充有耐高温的绝热保温材料，多根所述调整杆均贯穿所述保温层。

进一步，所述支撑模块包括工作台和安装在工作台底部的安装架，所述安装架的底部设有脚轮，所述脚轮的上方设有刹车踏板；所述夹具保温模块固定在所述工作台上；多根所述调整杆均贯穿所述夹具保温模块和所述工作台，通过所述第三调整螺母将调整杆固定在所述工作台上。

进一步，所述气流转换板设于所述调整台的上端面且位于多根所述施压杆围成的区域内，所述气流转换板上设有沉孔槽，所述气流转换板的侧面设有槽孔，所述槽孔与所述沉孔槽连通；当所述电堆放置在所述气流转换板的上端面时，所述电堆的气孔槽道与所述沉孔槽配合。

进一步，所述气流转换板的四个边缘均设有安装槽，所述安装槽上安装有定位销。

与现有技术相比，本发明的有益效果：该高温固体氧化物燃料电池电堆用夹具通过电堆夹具模块将电堆夹紧后，夹具保温模块为电堆夹具提供了高温密闭的空间，实现电堆在稳定的高温下工作；调整机构和施压机构配合能够解决电堆顶部压紧力不足的问题。

通过多根调整杆、螺母与调整台的配合，能够调节电堆在支撑模块上的水平度，减少燃料气泄露的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明不包含保温箱体的结构示意图；

图3为本发明的部分结构示意图；

图4为本发明的气流转换板结构示意图；

图中所标各部件的名称如下：

1、电堆；2、调整台；3、调整杆；4、第一调整螺母；5、第二调整螺母；6、第三调整螺母；7、第四调整螺母；8、施压杆；9、施压板；10、施压弹簧；11、第一施压螺母；12、第二施压螺母；13、保温箱体；14、支撑台；15、保温层；16、安装架；17、脚轮；18、气流转换板；19、沉孔槽；20、槽孔；21、安装槽；22、定位销；23、工作台。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：请参考图1-3，一种高温固体氧化物燃料电池电堆用夹具，包括电堆1、支撑模块、夹具保温模块和电堆夹具模块，夹具保温模块安装在支撑模块上，电堆夹具模块包括施压机构和调整机构，调整机构包括调整台2和多根调整杆3，多根调整杆3为4根，调整台2是高温合金钢板，调整台2上对称设有4个通孔，4根调整杆3通过4个通孔与调整台2连接，调整杆3和调整台2上的通孔之间存在环形间隙，高温下调整台2可能有热变形，环形间隙可以吸收热变形，防止调整台变形。4根调整杆3还贯穿夹具保温模块与支撑模块；4根调整杆3上均连接有第一调整螺母4、第二调整螺母5、第三调整螺母6和第四调整螺母7，调整杆3的上部和下部均设有第一螺纹，中部为光杆，第一调整螺母4位于调整台2的上方，第二调整螺母5位于调整台2的下方，第三调整螺母6位于支撑模块的下方，第四调整螺母7位于第三调整螺母6的下方；第一调整螺母4、第二调整螺母5、第三调整螺母6和第四调整螺母7均通过调整杆3上对应的第一螺纹与调整杆3连接，调整台2与施压机构连接，电堆1放置在调整台2上且与施压机构配合。调整台2安装在4根调整杆3的上端，通过调整杆3的上部的第一调整螺母4和第二调整螺母5将调整台2固定锁紧在调整杆3上，通过调整4根调整杆3上的第一调整螺母4和第二调整螺母5，可以调节调整台2在保温模块中的垂直高度以及调整台2的水平度，在调整的时候需要其他工器具配合，例如水平尺，可以确保放置在调整台2上的电堆1始终处于水平状态。第三调整螺母6与支撑模块是焊接固定，调整杆3会同时穿过第三调整螺母6和第四调整螺母7，如果没有第四调整螺母7，仅靠第三调整螺母6是不能有效防止调整杆3的上下移动，此时调整杆3是可以拧动的，需要第三调整螺母6和第四调整螺母7配合起来使用才能有效阻止调整杆3上下移动，将调整杆3完全固定。

施压机构包括施压板9和多根施压杆8，多根施压杆8优选为8根，施压板9上设有8个光孔，施压杆8穿过光孔与施压板9连接，施压杆8上设有位于施压板9上方的第一施压螺母11，第一施压螺母11用于将施压杆8的上部固定在施压板9上，施压杆8的上部与下部均设有第二螺纹，中部为光杆；施压杆8的下部依次贯穿夹具保温模块和支撑模块，施压杆8上还连接有第二施压螺母12和施压弹簧10，施压弹簧10的一端与支撑模块的底部抵接，施压弹簧10的另一端与第二施压螺母12抵接；电堆1通过气流转换板18放置在调整台2上，电堆1的顶部与施压板9抵接，电堆1位于8根施压杆8围成的区域内。通过调整施压弹簧10下方的第二施压螺母12可以使施压弹簧10压缩，将8根施压杆8露出支撑模块外部的部分往下拉，电堆1上表面被8根施压杆8同时往下压，压紧电堆1后再拧紧第二施压螺母12，实现了对电堆1的压紧，防止电堆1在高温条件下出现气体泄漏而引起安全事故，同时也能防止电堆1内部的相邻电池片发生反应介质泄露。施压弹簧10有两个作用，其一是方便给电堆1顶部施加所需的压紧力，其二可以使电堆1在一定范围内自由膨胀，因为高温下，电堆1材料会热胀变形，由于施压弹簧10的存在可以使电堆1的膨胀得到释放，防止电堆1因无法自由热膨胀引起电池片破裂。由于施压弹簧10是位于夹具保温模块之外的，处于低温环境中，温度对弹性的影响可以忽略，所以施压弹簧10的弹性系数不变，8根施压杆8的下端的8个施压弹簧10都是均匀受力，受力大小一样，且弹簧的变形量都是用标尺测量，保证8个弹簧形变量尽可能均匀，形变量相同的时候弹簧的受力也就相同，即可保证电堆1的平衡。

夹具保温模块包括设于支撑模块上的保温平台以及与保温平台配合的保温箱体13，保温箱体13包括内层和外层，内层为耐高温的绝热保温材料，外层为保护层，用于将内层包裹起来，防止内层遭受雨水侵袭或耐高温的绝热保温材料自身的粉尘扩散到大气环境中；保温平台包括支撑台14，支撑台14的底部与支撑模块连接，支撑台14的上端面设有保温层15，保温箱体13的底部与支撑台14的上端面均设有法兰，法兰之间通过螺栓连接，保温层15内层和外层，内层为耐高温的绝热保温材料，外层为保护层，用于将内层包裹起来，多根调整杆3均贯穿保温层15、支撑台14和支撑模块。上述的保温材料可以是硅酸铝棉、陶瓷纤维棉、岩棉或纳米气凝胶。利用支撑台14与保温箱体13通过法兰连接，在保温层15内部填充耐高温的绝热保温材料，整体上实现电堆1的工作环境是高温密封的，使得电堆1处于均匀的温度场中，减少了因温度分布不均对电堆1带来的破坏性影响。

支撑模块包括工作台23和安装在工作台23底部的安装架16，安装架16的底部设有脚轮17，脚轮17的上方设有刹车踏板；夹具保温模块固定在工作台23上。施压杆8的下部依次贯穿保温层15、支撑台14和工作台23，并由施压弹簧10和第二施压螺母12将施压杆8固定在工作台上。多根调整杆均贯穿保温平台和工作台23，通过所述第三调整螺母6将调整杆3固定在工作台23上；第三调整螺母6位于工作台23的底部且焊接在工作台23上。安装架16底部的脚轮17可实现高温固体氧化物燃料电池电堆1用夹具的移动与搬迁，移动至合适的位置后，为防止人为晃动，可脚踩下刹车踏板，如此整个装置不会出现晃动与移动。安装架16由方形钢管焊接而成，可承受整个高温固体氧化物燃料电池电堆1用夹具的重量。工作台23的中部设有多个通孔，多个通孔可以把测试仪表电缆、电堆1电极导线引出外部；同时该电堆1夹具模块需要通过通孔固定在工作台23上，即施压杆8和调整杆3均通过多个通孔安装在工作台23上。

如图4所示，还包括气流转换板18，气流转换板18设于调整台2的上端面且位于8根施压杆8围成的区域内，气流转换板18上设有沉孔槽19，气流转换板18的侧面设有槽孔20，槽孔20与沉孔槽19连通；当电堆1放置在气流转换板18的上端面时，电堆1的气孔槽道与沉孔槽19对应；气流转换板18的四个边缘均设有安装槽21，安装槽21避开槽孔20设置，如此可以让气流顺利的交换，安装槽21上安装有定位销22。安装槽21有两个作用，其一是定位作用，方便***定位销22，在安装电堆1前，先将定位销22***安装槽21中，再放置电堆1，可以防止电堆1放置到气流转换板18时位置发生偏差，避免气流转换板18的沉孔槽19与电堆1底部的气孔槽道发生错位，即避免了密封失效，减少了燃料气泄露的风险，能保证电堆1的平稳运行。另一个作用是方便拆卸电堆1，高温下电堆1的底面与气流转换板18容易粘黏在一起，安装槽21的存在可以在拆卸时用工具撬电堆1底面；在拆卸电堆1时，先将安装槽21上的定位销22取下，将拆卸工具（比如螺丝刀）的一端放入安装槽21中，用力按压拆卸工具的另一端就可以撬动电堆1，使电堆1的底面与气流转换板18顶面脱离。

本实施例的安装原理：步骤一：将4根调整杆3依次穿过保温层15、支撑台14、工作台23和第三调整螺母6，将第二调整螺母5拧至调整杆3上；

步骤二：将4根调整杆3穿过调整台2对应的通孔；将调整台2安装在相对于保温层15合适的位置上，将第一调整螺母4拧进调整杆3上；

步骤三：调整第一调整螺母4和第二调整螺母5的在调整杆3上的位置，结合水平尺，调节调整台2的水平度，直到水平位置；

步骤四：将第四调整螺母7拧到调整杆3上，即第三调整螺母6的下方；

步骤五：安装气流转换板18，将气流转换板18放置到调整台2上；

步骤六：安装电堆1，将电堆1放置到气流转换板18的上端面；

步骤七：将施压板9放置到电堆1的上端面，将施压杆8对应施压板9上的光孔穿进去，施压杆8还依次穿过调整台2、保温层15、支撑台14、工作台23，将第一施压螺母11拧进施压杆8位于施压板9的上方压紧电堆1，再将施压弹簧10穿进施压杆8上，将第二施压螺母12拧进施压杆8上，利用施压弹簧10、第一施压螺母11、第二施压螺母12和施压杆8配合，将施压板9压紧电堆1；

步骤八：电堆1固定完成后将保温箱体13与支撑台14法兰连接，将整个装置移动至合适的位置即可运行，也可以根据实际的场地平整度重新调节调整杆3，以保持电堆1的水平。

当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”以及类似的表述只是为了说明的目的。

Claims (8)

1.一种高温固体氧化物燃料电池电堆用夹具，其特征在于：包括电堆（1）、支撑模块、夹具保温模块和电堆夹具模块，所述夹具保温模块安装在所述支撑模块上，所述电堆夹具模块包括施压机构和调整机构，所述调整机构包括调整台（2）和多根调整杆（3），所述调整台（2）上对称设有多个通孔，多根所述调整杆（3）通过多个所述通孔与所述调整台（2）连接，多根所述调整杆（3）还贯穿所述夹具保温模块与所述支撑模块；多个所述调整杆（3）上均连接有第一调整螺母（4）、第二调整螺母（5）和第三调整螺母（6），所述第一调整螺母（4）位于所述调整台（2）的上方，所述第二调整螺母（5）位于所述调整台（2）的下方，所述第三调整螺母（6）位于所述支撑模块的下方；所述调整台（2）与所述施压机构连接，所述电堆（1）放置在所述调整台（2）上且与所述施压机构配合。

2.根据权利要求1所述的高温固体氧化物燃料电池电堆用夹具，其特征在于：所述施压机构包括施压板（9）和多根施压杆（8），所述施压板（9）上设有多个光孔，所述光孔与所述施压杆（8）的数量相同，所述施压杆（8）穿过所述光孔与所述施压板（9）连接，所述施压杆（8）上设有位于所述施压板（9）上方的第一施压螺母（11）；所述施压杆（8）的下部依次贯穿所述夹具保温模块和所述支撑模块，所述施压杆（8）上还连接有第二施压螺母（12）和施压弹簧（10），所述施压弹簧（10）的一端与所述支撑模块的底部抵接，所述施压弹簧（10）的另一端与所述第二施压螺母（12）抵接；所述电堆（1）通过气流转换板（18）放置在所述调整台（2）上，所述电堆（1）的顶部与所述施压板（9）抵接且所述电堆（1）位于多根所述施压杆（8）围成的区域内。

3.根据权利要求2所述的高温固体氧化物燃料电池电堆用夹具，其特征在于：所述气流转换板（18）上设有沉孔槽（19），所述气流转换板（18）的侧面设有槽孔（20），所述槽孔（20）与所述沉孔槽（19）连通；当所述电堆（1）放置在所述气流转换板（18）的上端面时，所述电堆（1）的气孔槽道与所述沉孔槽（19）配合。

4.根据权利要求2或3所述的高温固体氧化物燃料电池电堆用夹具，其特征在于：所述气流转换板（18）的四个边缘均设有安装槽（21），所述安装槽（21）上安装有定位销（22）。

5.根据权利要求1所述的高温固体氧化物燃料电池电堆用夹具，其特征在于：所述调整杆（3）上还连接有第四调整螺母（7），所述第四调整螺母（7）位于所述第三调整螺母（6）的下方。

6.根据权利要求1所述的高温固体氧化物燃料电池电堆用夹具，其特征在于：所述夹具保温模块包括设于所述支撑模块上的保温平台以及与所述保温平台配合的保温箱体（13）；多根所述调整杆（3）均贯穿所述保温平台和所述支撑模块。

7.根据权利要求6所述的高温固体氧化物燃料电池电堆用夹具，其特征在于：所述保温平台包括支撑台（14），所述保温箱体（13）与所述支撑台（14）可拆卸连接，所述支撑台（14）的底部与所述支撑模块连接，所述支撑台（14）的上端面设有保温层（15），所述保温层（15）的内部填充有耐高温的绝热保温材料，多根所述调整杆（3）均贯穿所述保温层（15）。

8.根据权利要求1所述的高温固体氧化物燃料电池电堆用夹具，其特征在于：所述支撑模块包括工作台（23）和安装在工作台（23）底部的安装架（16），所述安装架（16）的底部设有脚轮（17），所述脚轮（17）的上方设有刹车踏板；所述夹具保温模块固定在所述工作台（23）上；多根所述调整杆（3）均贯穿所述夹具保温模块和所述工作台（23），通过所述第三调整螺母（6）将所述调整杆（3）固定在所述工作台（23）上。

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