CN113682160B - 一种船用燃料电池电堆结构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种船用燃料电池电堆结构，包括电堆模块和安装机构，安装机构包括间距可调的安装底架和安装顶架，安装顶架安装在安装底架上；安装底架和安装顶架上均安装有连接件，连接件具有与电堆模块边角相适配的支撑板，电堆模块倾斜放置在上下两连接件的支撑板中；连接件包括滑动安装在安装底架或安装顶架上的滑动块、固接在滑动块上的螺杆和螺纹连接在螺杆上的螺母，支撑板转动安装在滑动块上；安装底架或安装顶架对螺杆让位设置。本申请的船用燃料电池电堆结构将电堆模块倾斜布置，使得电堆模块在船舶横向倾角的任一安全范围内，都会自动下排的不产生聚集，降低液态水对电堆的影响，保障船用燃料电池电堆结构稳定工作。

Description

一种船用燃料电池电堆结构

技术领域

本申请涉及燃料电池领域，特别涉及一种船用燃料电池电堆结构。

背景技术

燃料电池是一种以氢气为原料，通过氢氧化学作用产生电能的装置；其基本原理是氢气和氧气（空气）分别发生氧化和还原反应，生成水，产生热能和电能，具有能量转换效率高、无污染排放、环境友好、运行噪声低、安全可靠等突出优点；燃料电池在移动电源、固定电站及交通运输领域都具有良好的应用前景。

目前，燃料电池的关键技术不断突破，成本逐渐降低、可靠性不断提升，车用燃料电池市场逐步放大。随着人类对海洋、河流环保要求的提高，船用燃料电池动力市场将是今后几年燃料电池电重点发展领域。

在燃料电池技术实际应用中，不同的应用环境对燃料电池系统的基本要求不同，除希望系统体积小、轻量化、一定的防护等优点外，船用燃料电池发动机系统还应具备船用工况的独特技术要求如大功率、防盐雾、适应船横向大倾角运行。

根据IMO对船舶完整稳性的要求，在无限航区航行的普通货船，横倾角在0°～30°之间；也就是在30度倾角下，燃料电池仍可以全功率输出。

燃料电池电堆在工作过程中会有水生成，液态水不及时排出电堆将会使电池产生水淹影响电堆稳定工作；单电池生成水除了受反应气体流速的影响顺着流道排到总排气管，另一方面液态水分布受重力的影响，无论电堆如何布置安装，液态水都会产生聚集，给排水造成困难。

发明内容

为了针对船体横倾角需求，本申请提供一种船用燃料电池电堆结构。

本申请提供一种船用燃料电池电堆结构,采用如下的技术方案：

一种船用燃料电池电堆结构，包括电堆模块，所述电堆模块倾斜连接在配气单元上。

通过采用上述技术方案，倾斜安装的电堆模块无论船舶横向倾角在任一安全范围内，电堆排水都会自动下排的不产生聚集，降低液态水对电堆的影响，保障船用燃料电池电堆结构稳定工作。

可选的，还包括安装机构，所述电堆模块倾斜安装在安装机构中，与配气单元相连。

通过采用上述技术方案，安装机构为电堆模块通过安装基础，使电堆模块能独立处于倾斜状态，提高船用燃料电池电堆结构的通用性。

可选的，所述安装机构包括间距可调的安装底架和安装顶架，所述安装顶架安装在安装底架上；所述安装底架和安装顶架上均安装有连接件，所述连接件具有与电堆模块边角相适配的支撑板，所述电堆模块倾斜放置在上下两连接件的支撑板中。

通过采用上述技术方案，上下布置两支撑板配合形成夹持空间，电堆模块放置在该夹持空间内，通过调节安装底架和安装顶架之间的间距，实现电堆模块在安装机构内的倾斜角度调节。

可选的，所述连接件包括滑动安装在安装底架或安装顶架上的滑动块、固接在滑动块上的螺杆和螺纹连接在螺杆上的螺母，所述支撑板转动安装在滑动块上；所述安装底架或安装顶架对螺杆让位设置。

通过采用上述技术方案，滑动块于安装底架或安装顶架上的位置可调，一方面可以调节电堆模块的安装位置，另一方面可以调节电堆模块的倾斜角度；滑动块位置调节后，旋拧螺母，将滑动块进行固定，从而将电堆模块保持在相应位置下。

可选的，所述安装底架上垂直固接有安装套管，所述安装顶架上垂直固接有调节杆，所述调节杆滑动穿设于安装套管中；所述安装套管上螺纹连接有对调节杆进行固定的顶丝。

通过采用上述技术方案，调节杆在安装套管中滑动，实现安装底架与安装顶架的间距调节，通过旋拧顶丝对调节杆进行定位。

可选的，所述支撑板与滑动块的连接处设置有阻尼层。

通过采用上述技术方案，阻尼层的设置限制支撑板的自由转动，使支撑板在不受外力影响下，能实时保持在固定状态，对支撑板角度进行定位，方便后续对电堆模块进行安装。

可选的，所述电堆模块设置为多组，相互平行或呈V形倾斜安装在安装机构中。

通过采用上述技术方案，电堆模块可根据所在船舶布置为平行或V形状态，保障电堆排水的适应性。

可选的，所述电堆模块倾斜角度为20-40度。

通过采用上述技术方案，客轮的要求稳性消失角度30-40度，油轮28-40度，集装箱27-44度，电堆模块倾斜角度设为20-40度，能满足电堆模块在大多数船舶中的排水效果。

可选的，所述电堆模块包括层叠设置的单电池单元和对单电池单元进行紧固的封装结构，所述单电池单元包括膜电极、设置在膜电极两侧的扩散层和与扩散层相邻的电极板。

通过采用上述技术方案，多层单电池单元组成的带有密封圈的层叠结构体构成电堆的核心部分。

可选的，所述封装结构包括端板、拉杆和螺母，所述端板相对布置在多层单电池单元两侧，所述拉杆与螺母配合将多层单电池单元紧固在一起。

通过采用上述技术方案，封装结构一方面可使燃料电池电堆本体的电极和双极板充分接触，均匀受力，减少燃料电池电堆的内阻，另一方面可以提高燃料电池的抗振动能力。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、船用燃料电池电堆结构将电堆模块倾斜布置，使得电堆模块在船舶横向倾角的任一安全范围内，都会自动下排的不产生聚集，降低液态水对电堆的影响，保障船用燃料电池电堆结构稳定工作；

2、通过为电堆模块配置高度间距可调的安装机构，安装机构中设置上下相对分布的支撑板，两支撑板配合形成夹持空间，电堆模块放置在该夹持空间内，通过调节安装底架和安装顶架之间的间距，实现电堆模块在安装机构内的倾斜角度调节；

3、通过在支撑板与滑动块的连接处设置有阻尼层，阻尼层限制支撑板自由转动，使支撑板在不受外力影响下，能实时保持在固定状态，对支撑板角度进行定位，方便后续对电堆模块进行安装。

附图说明

图1是本申请实施例1中船舶横倾角为零时电堆模块分布示意图。

图2是本申请实施例1中电堆模块内部结构示意图。

图3是本申请实施例1中船舶横倾角为30度时电堆模块分布示意图。

图4是本申请实施例2中安装机构的结构示意图。

图5是本申请实施例2中连接件的结构示意图。

附图标记说明：

1、电堆模块；11、氢气进出口；12、空气进出口；13、冷却水进出口；2、安装机构；3、安装底架；31、安装套管；4、安装顶架；41、调节杆；5、连接件；51、滑动块；52、支撑板；53、螺杆；54、螺母。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种船用燃料电池电堆结构。

实施例1

一种船用燃料电池电堆结构包括单电池单元和封装结构，其中单电池单元包括膜电极、设置在膜电极两侧的扩散层和与扩散层相邻的电极板，膜电极、扩散层和电极板组成了单电池主体结构。单电池单元与氢气同侧的电极板称为阳极板，与空气同侧的电极板称为阴极板，一个单电池单元的阳极与另一个单电池单元的阴极合并，并称之为双极板。双极板与膜电极之间用密封圈以隔绝大气，多层单电池单元组成的带有密封圈的层叠结构体构成电堆的核心部分。

封装结构包括端板、拉杆和螺母，端板设置为两组，相对布置在多层单电池单元两侧，拉杆对穿两端板，通过与螺母配合将多层单电池单元紧固在一起；如此，一方面可使燃料电池电堆本体的电极和双极板充分接触，均匀受力，减少燃料电池电堆的内阻，另一方面可以提高燃料电池的抗振动能力。

通过封装结构层叠在一起的单电池单元组成一组电堆模块1，参照图1和图2，电堆模块1上设有与配气单元相连的氢气进出口11、空气进出口12及冷却水进出口13。电堆模块1倾斜连接在配气单元上，倾斜角度可选自20-40度；本实施例中，电堆模块1设置为两组，呈V形相对连接在配气单元上，电堆模块1倾斜角度选为30度。

参照图1和图3，图1示出了船舶横倾角为零度时电堆进气自下而上，生成液态水排出为自上而下，很容易排出电堆；图3示出了船舶横倾角为30度的最大横倾角时，电堆进气一侧自下而上，另一侧水平进气；生成液态水排出一侧为自上而下，另一侧水平排出，即使在最大横倾角时也不会产生阻碍排水发生，如此安装的电堆模块1无论船舶横向倾角在任一安全范围内，电堆排水都会自动下排的不产生聚集，降低液态水对电堆的影响，保障船用燃料电池电堆结构稳定工作。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，参照图4，本实施例的船用燃料电池电堆结构还包括安装机构2，船用燃料电池电堆结构的多组电堆模块1平行或呈V形倾斜安装在安装机构2中。

具体的，安装机构2包括矩形的安装底架3和安装顶架4，安装底架3的边角位置处均垂直固接有安装套管31，安装套管31中滑动穿设有调节杆41，四组调节杆41通过安装顶架4连接在一起；安装套管31上螺纹连接有顶丝，通过旋拧顶丝对调节杆41进行定位。

安装底架3和安装顶架4上均滑动安装有多组连接件5，参照图5，连接件5包括滑动块51，滑动块51上转动连接有L形的支撑板52，滑动块51上还垂直固接有螺杆53，螺杆53上螺纹连接有螺母54；安装底架3和安装顶架4上均开设有供滑动块51滑动的滑槽，和为螺杆53让位的让位槽，滑动块51滑动安装在滑槽中，螺杆53通过让位槽穿出安装底架3或安装顶架4，与螺母54螺纹连接；位于安装底架3和安装顶架4上的连接件5，其支撑板52相对设置，两者配合形成夹持空间，电堆模块1放置在该夹持空间内；通过旋紧螺母54可将滑动块51保持在固定状态下。

支撑板52与滑动块51的连接方式可为，在滑动块51上相对设置两块连接板，支撑板52于转折处固接有转轴，转轴外侧设有阻尼层，转轴穿设在两连接板之间，使支撑板52与滑动块51转动连接；阻尼层的设置限制支撑板52的自由转动，使支撑板52在不受外力影响下，能实时保持在固定状态，对支撑板52角度进行定位，方便后续对电堆模块1进行安装。

船用燃料电池电堆结构的电堆模块1倾斜放置在上下两连接件5的支撑板52中，将电堆模块1调节在相应角度下，旋拧螺母54，将滑动块51进行固定，从而将电堆模块1保持在相应位置下；然后旋拧顶丝，对安装底架3和安装顶架4之间的间距进行固定，从而将电堆模块1保持在相应角度下；一般来讲，不同船型的最大横倾角是不同的，客轮的要求稳性消失角度30-40度，油轮28-40度，集装箱27-44度，本实施例通过设置安装机构2，对电堆模块1的安装角度进行实时调节，提高电堆模块1的通用性，从而保障电堆模块1在各种船舶上均能稳定工作。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种船用燃料电池电堆结构，其特征在于：包括电堆模块(1)，所述电堆模块(1)倾斜连接在配气单元上；

还包括安装机构(2)，所述电堆模块(1)倾斜安装在安装机构(2)中，与配气单元相连；

所述安装机构（2）包括矩形的安装底架（3）和安装顶架（4），安装底架（3）的边角位置处均垂直固接有安装套管（31），安装套管（31）中滑动穿设有调节杆（41），四组调节杆（41）通过安装顶架（4）连接在一起；安装套管（31）上螺纹连接有顶丝，通过旋拧顶丝对调节杆（41）进行定位；

所述安装底架（3）和安装顶架（4）上均滑动安装有多组连接件（5），连接件（5）包括滑动块（51），滑动块（51）上转动连接有L形的支撑板（52），滑动块（51）上还垂直固接有螺杆（53），螺杆（53）上螺纹连接有螺母（54）；安装底架（3）和安装顶架（4）上均开设有供滑动块（51）滑动的滑槽，和为螺杆（53）让位的让位槽，滑动块（51）滑动安装在滑槽中，螺杆（53）通过让位槽穿出安装底架（3）或安装顶架（4），与螺母（54）螺纹连接；位于安装底架（3）和安装顶架（4）上的连接件（5），其支撑板（52）相对设置，两者配合形成夹持空间，电堆模块（1）放置在该夹持空间内；通过旋紧螺母（54）可将滑动块（51）保持在固定状态下；

所述支撑板（52）与滑动块（51）的连接方式可为，在滑动块（51）上相对设置两块连接板，支撑板（52）于转折处固接有转轴，转轴外侧设有阻尼层，转轴穿设在两连接板之间，使支撑板（52）与滑动块（51）转动连接；阻尼层的设置限制支撑板（52）的自由转动，使支撑板（52）在不受外力影响下，能实时保持在固定状态，对支撑板（52）角度进行定位，方便后续对电堆模块（1）进行安装。

2.根据权利要求1所述的船用燃料电池电堆结构，其特征在于：所述电堆模块(1)设置为多组，相互平行或呈V形倾斜安装在安装机构(2)中。

3.根据权利要求1所述的船用燃料电池电堆结构，其特征在于：所述电堆模块(1)倾斜角度为20-40度。

4.根据权利要求1所述的船用燃料电池电堆结构，其特征在于：所述电堆模块(1)包括层叠设置的单电池单元和对单电池单元进行紧固的封装结构，所述单电池单元包括膜电极、设置在膜电极两侧的扩散层和与扩散层相邻的电极板。

5.根据权利要求4所述的船用燃料电池电堆结构，其特征在于：所述封装结构包括端板、拉杆和螺母，所述端板相对布置在多层单电池单元两侧，所述拉杆与螺母配合将多层单电池单元紧固在一起。

Images