CN101453030A - 一种集成式燃料电池堆的紧固方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种集成式燃料电池堆的紧固方法，包括燃料电池堆、前端板、后端板，其特征在于，还包括紧固带，连接装置，所述的前端板和后端板的高度和宽度与燃料电池堆的导流板的高度和宽度相同，所述的燃料电池堆的前端板或后端板上开设有外侧凹槽，所述的紧固带环绕燃料电池堆，在燃料电池堆带有外侧凹槽的端板前通过连接装置连接并将燃料电池堆紧固，所述的连接装置上设有紧固螺母或紧固螺栓，该紧固螺栓设置在所述的外侧凹槽内，旋动紧固螺栓可使紧固装置拉动紧固带紧固或松开燃料电池堆。与现有技术相比，本发明具有可提高燃料电池体积功率和重量功率、结构简单、紧固性好、维修及拆卸方便等特点。

Description

一种集成式燃料电池堆的紧固方法
技术领域
本发明涉及燃料电池的配套设备，尤其涉及一种集成式燃料电池堆的紧固方法。
背景技术
电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。
在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。
在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。
在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达：
阳极反应：H2→2H++2e
阴极反应：1/2O2+2H++2e→H2O
在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极(MEA)一般均放在两块导电的极板中间，每块导流极板与膜电极接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻，形成至少一条以上的导流槽。这些导流极板可以上金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导流极板上的流体孔道与导流槽分别将燃料和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板。这些导流板既作为电流集流板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流板上的导流槽又作为燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。
为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，两个或两个以上的单电池通常可通过直叠的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组。在直叠、串联式的电池组中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。一连串的单电池通过一定方式连在一起而组成一个电池组。电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。
一个典型电池组通常包括：(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组进行散热；(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。
质子交换膜燃料电池既可以用作车、船等运载工具的动力系统，又可以用作移动式或固定式的发电站。
燃料电池发电系统主要由燃料电池堆与电池堆支持运行系统组成。当燃料电池发电系统用作车、船等运载工具的动力系统时，燃料电池发电系统也叫做燃料电池发动机；但也可用作移动式或固定式发电站。
上述燃料电池发电系统不管用作燃料电池发动机或发电站，燃料电池堆与电池堆支持运行系统都需要进行集成、封装和固定，并达到作为一种符合特定场合用途的一体化设计的防尘、防震动、防水、防漏电以及美观的产品要求。图1是一种比较普遍的燃料电池电堆。
目前，这种比较常见的燃料电池单堆一般具有前后二块端板，并在前后端板上穿设有至少二条拉杆，该拉杆两端设有紧固螺帽，并通过调解紧固装置，将前后端板压紧，从而将燃料电池堆紧固在前后端板中间(如图1)。
这种设计的前后端板的横截面积要大于燃料电池堆的横截面积，增加了燃料电池堆的体积和重量，不利于燃料电池的体积比功率和重量比功率的增加。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种有可提高燃料电池体积功率和重量功率、结构简单的集成式燃料电池堆的紧固方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种集成式燃料电池堆的紧固方法，包括燃料电池堆、前端板、后端板，其特征在于，还包括紧固带，所述的前端板和后端板的高度和宽度与燃料电池堆的导流板的高度和宽度相同，所述的燃料电池堆的前端板或后端板上开设有外侧凹槽，所述的紧固带环绕燃料电池堆，在燃料电池堆带有外侧凹槽的端板前通过一连接装置连接并将燃料电池堆紧固，所述的连接装置上设有紧固螺栓，该紧固螺栓设置在所述的外侧凹槽内，旋动紧固螺栓可推动连接装置移动，拉动紧固带紧固或松开燃料电池堆。
所述的紧固带两端外弯曲成一挂钩，该挂钩内设一横杆，该横杆上设有一螺纹穿孔，所述的连接装置为一两端带有与所述螺纹穿孔相匹配螺纹的连接棒，该连接棒两端分别旋入螺纹穿孔内连接紧固带两端的横杆，所述的连接棒中间设有紧固螺栓，将紧固螺栓向左旋动，连接棒转动使横杆拉动紧固带沿连接棒相向移动，紧固燃料电池堆，将紧固螺栓向右旋动，连接棒转动使横杆从连接棒上的螺纹上退出，松开燃料电池堆。
所述的紧固带两端外弯曲成一挂钩，该挂钩内设一横杆，所述的连接装置为钢丝绳，该钢丝绳分别缠绕横杆和紧固螺栓，旋动紧固螺栓，钢丝绳转动拉动紧固带紧固或松开燃料电池堆。
所述的紧固带两端带有螺纹，插入连接装置两端的活动键内，该活动键设有与紧固带相匹配的内螺纹，旋动连接装置上的紧固螺栓，将紧固带旋入活动键内，拉动紧固带使燃料电池堆紧固。
所述的连接装置两端设有紧固圈，将紧固带插入紧固圈内卡紧，旋动连接装置上的紧固螺栓，通过活动键的移动拉动紧固带使燃料电池堆紧固。
所述的紧固带紧固到前端板或后端板上所产生的压紧力达到压强3～10kg/cm2时，燃料电池堆被紧固。
所述的紧固带为宽0.5～3cm、厚0.1～0.5cm的不锈钢带，该不锈钢带上套有绝缘带，或不锈钢带下面衬垫绝缘薄板，如塑料板、环氧树脂板。
所述的紧固带根据集成式燃料电池堆的大小设置2～10根。
所述的燃料电池堆的一侧前端板或后端上设有凹槽，连接装置设置在该凹槽内，连接装置上的紧固螺栓可在凹槽内自由转动，使紧固螺栓可自由旋紧或旋出。
与现有技术相比，本发明采用了与燃料电池堆导流板高度和宽度相同的端板相同，根据燃料电池堆的大小，通过数根紧固带环绕燃料电池堆和两侧后端板，并在一侧后端前通过连接装置连接紧固带两端，旋动连接装置上的紧固螺栓拉动紧固带紧固燃料电池堆和后端板，且与连接装置相对的后端板铣挖一凹槽，连接装置上的紧固螺栓旋紧旋出时，不受后端板的限制，且不占用额外的空间，不需要拉杆，后端板的占用空间减少，使整个燃料电池堆的体积和重量减少，提高了燃料电池堆的体积比功率和重量比功率，节省了原材料，结构简单，维修、拆卸方便等。
附图说明
图1为现有燃料电池堆的示意图；
图2为本发明实施例1的紧固装置的示意图；
图3为本发明实施例2的紧固装置的示意图；
图4为本发明实施例3的紧固装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图2所示，一种100kw的集成式燃料电池堆，包括燃料电池堆1、后端板2，2根紧固带3，前端板2和后端板2’高250mm、宽250mm、厚124mm，燃料电池堆1的导流板高250mm、宽250mm，紧固带3为宽25mm、厚3mm的不锈钢带，该不锈钢带上套有绝缘带，紧固带3环绕燃料电池堆1，后端板2’上开有一50mm凹槽6，紧固带3两端分别分成两股向外弯曲成两个挂钩31，该挂钩31内设一横杆32，该横杆32上设有一螺纹穿孔321，所述的连接装置4为一两端带有与所述螺纹穿孔321相匹配螺纹41的连接棒4，该连接棒4中间设有一紧固螺栓5，连接棒4上除紧固螺栓5的位置都设有的螺纹41，连接棒4两端分别旋入螺纹穿孔321内连接紧固带两端的横杆32，将连接棒4中间的紧固螺栓5向左旋动，连接棒4转动，螺纹穿孔321沿着螺纹41向紧固螺栓5方向移动，使横杆32拉动紧固带3沿连接棒4相向移动，燃料电池堆1的后端板2上产生的的压紧力达到压强3～10kg时，燃料电池堆1紧固，将紧固螺栓5向右旋动，连接棒4转动使横杆32从连接棒4上的螺纹41上退出，松开燃料电池堆1。紧固螺栓5长30mm处于外侧凹槽6前，由于其长度小于外侧凹槽6的深度，故紧固螺栓5进出连接装置4不受后端板影响，紧固带3挂钩部分和连接装置4都位于凹槽6内。
也可以在上述横杆32中间位置用一如紧固螺栓5的装置代替螺纹穿孔，将横杆分成两节分别接在螺栓两边，螺栓中间穿孔设置内螺纹，与连接棒4相匹配，转动连接棒时可沿着连接棒乡下移动，以便紧固或松开燃料电池堆。
实施例2
如图3所示，一种50kw的集成式燃料电池堆，包括燃料电池堆1、前端板2、后端板2’，2根紧固带3，后端板2高100mm、宽400mm、厚124mm，燃料电池堆1的导流板高100mm、宽400mm，紧固带3为宽5mm、厚1mm的不锈钢带，该不锈钢带下面衬垫绝缘薄塑料板，紧固带3环绕燃料电池堆1，在燃料电池堆1前端板2带有外侧凹槽6的后端板2前通过一连接装置4连接，连接装置4上设有紧固螺栓5，外侧凹槽6深40mm，紧固带3两端弯曲回转成一挂钩31，该挂钩31内插有一横杆32，钢丝绳41两端分别缠绕着横杆32和紧固螺栓5，顺时针旋动连接装置4上的紧固螺栓5，钢丝绳41绕上紧固螺栓5，拉动紧固带3两端的横杆32相向移动，使燃料电池堆1的后端板2上产生的压紧力达到压强3～10kg时，燃料电池堆紧固。逆时针旋动连接装置4上的紧固螺栓5，钢丝绳41从紧固螺栓5上绕出拉长，紧固带3松开，可取下紧固带3拆卸燃料电池堆1。紧固螺栓5长30mm处于外侧凹槽6前，由于其长度小于外侧凹槽6的深度，故紧固螺栓5进出连接装置4不受后端板影响。
实施例3
如图4所示，一种100kw的集成式燃料电池堆，包括燃料电池堆1、后端板2，2根紧固带3，后端板2高206mm、宽206mm、厚120mm，燃料电池堆1的导流板高206mm、宽206mm，紧固带3为宽30mm、厚5mm的不锈钢带，该不锈钢带下面衬垫绝缘薄环氧树脂板，紧固带3环绕燃料电池堆1，在燃料电池堆1一侧带有外侧凹槽6的后端板2前通过一连接装置4连接，外侧凹槽6深50mm，紧固带3两端31带有螺纹，插入连接装置4两端的活动键41内，该活动键41设有与紧固带3两端31相匹配的内螺纹，连接装置4上设有紧固螺栓5，旋动连接装置4上的紧固螺栓5，将紧固带3两端31旋入活动键41内，拉动紧固带3使燃料电池堆1的后端板2上产生的压紧力达到压强3～10kg时，燃料电池堆紧固。紧固螺栓5长25mm处于外侧凹槽6前，旋动紧固螺栓5可推动连接装置4两端的活动键41相向或反向移动，拉动紧固带3紧固或松开燃料电池堆1。
上述连接装置两端的活动键也可为紧固圈，将紧固带插入紧固圈内卡紧，旋动连接装置上的紧固螺栓，通过活动键的移动拉动紧固带使燃料电池堆紧固。
所述的紧固带根据集成式燃料电池堆的大小设置2～10根。
所述的燃料电池堆的一侧后端上设有凹槽，连接装置设置在该凹槽内，连接装置上的紧固螺栓的长度小于凹槽深度，使紧固螺栓可自由旋紧或旋出。

Claims (9)

1.一种集成式燃料电池堆的紧固方法，包括燃料电池堆、前端板、后端板，其特征在于，还包括紧固带，连接装置，所述的前端板和后端板的高度和宽度与燃料电池堆的导流板的高度和宽度相同，所述的燃料电池堆的前端板或后端板上开设有外侧凹槽，所述的紧固带环绕燃料电池堆，在燃料电池堆带有外侧凹槽的端板前通过连接装置连接并将燃料电池堆紧固，所述的连接装置上设有紧固螺母或紧固螺栓，该紧固螺栓设置在所述的外侧凹槽内，旋动紧固螺栓可使紧固装置拉动紧固带紧固或松开燃料电池堆。
2.根据权利要求1所述的一种集成式燃料电池堆的紧固方法，其特征在于，所述的紧固带两端外弯曲成一挂钩，该挂钩内设一横杆，该横杆上设有一螺纹穿孔，所述的连接装置为一两端带有与所述螺纹穿孔相匹配螺纹的连接棒，该连接棒两端分别旋入螺纹穿孔内连接紧固带两端的横杆，所述的连接棒中间设有紧固螺栓，将紧固螺栓向左旋动，连接棒转动使横杆拉动紧固带沿连接棒相向移动，紧固燃料电池堆，将紧固螺栓向右旋动，连接棒转动使横杆从连接棒上的螺纹上退出，松开燃料电池堆。
3.根据权利要求1所述的一种集成式燃料电池堆的紧固方法，其特征在于，所述的紧固带两端外弯曲成一挂钩，该挂钩内设一横杆，所述的连接装置为钢丝绳，该钢丝绳分别缠绕横杆和紧固螺栓，旋动紧固螺栓，钢丝绳转动拉动紧固带紧固或松开燃料电池堆。
4.根据权利要求1所述的一种集成式燃料电池堆的紧固方法，其特征在于，所述的紧固带两端带有螺纹，插入连接装置两端的活动键内，该活动键设有与紧固带相匹配的内螺纹，旋动连接装置上的紧固螺栓，将紧固带旋入活动键内，拉动紧固带使燃料电池堆紧固。
5.根据权利要求1所述的一种集成式燃料电池堆的紧固方法，其特征在于，所述的连接装置两端设有紧固圈，将紧固带插入紧固圈内卡紧，旋动连接装置上的紧固螺栓，通过活动键的移动拉动紧固带使燃料电池堆紧固。
6.根据权利要求1～5之一所述的一种集成式燃料电池堆的紧固方法，其特征在于，所述的紧固带紧固到前端板或后端板上所产生的压紧力达到压强3～10kg/cm2时，燃料电池堆被紧固。
7.根据权利要求1所述的一种集成式燃料电池堆的紧固方法，其特征在于，所述的紧固带为宽0.5～3cm、厚0.1～0.5cm的不锈钢带，该不锈钢带上套有绝缘带，或不锈钢带下面衬垫绝缘薄板，如塑料板、环氧树脂板。
8.根据权利要求1所述的一种集成式燃料电池堆的紧固方法，其特征在于，所述的紧固带根据集成式燃料电池堆的大小设置2～10根。
9.根据权利要求1所述的一种集成式燃料电池堆的紧固方法，其特征在于，所述的燃料电池堆的一侧前端板或后端上设有凹槽，连接装置设置在该凹槽内，连接装置上的紧固螺栓可在凹槽内自由转动，使紧固螺栓可自由旋紧或旋出。
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Owner name: SHANGHAI SHEN-LI HIGH TECH CO., LTD.

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Patentee after: State Grid Shanghai Municipal Electric Power Company

Patentee after: Shanghai Shen-Li High Tech Co., Ltd.

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Patentee before: Shanghai Shen-Li High Tech Co., Ltd.