CN208111509U - 一种大型模块化海水电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大型模块化海水电池，包括电池阳极、阴极组件、模块框架、锁紧装置及绝缘装置。模块框架由上部框架、立柱、下部框架及底部支撑组成，阴极组件、上部框架的安装面为长腰孔，电池阳极采用调节螺栓进行锁紧，可满足不同规格海水电池组件的搭载，连接位置采用绝缘设计，框架整体采用316L不锈钢材料，阴极组件金属采用TC4钛合金，具有良好的耐腐蚀性。有效容积大于1m³，可以满足直径0.3m～1m、高度0.2m～1m的阴极组件及直径小于0.25m、高度小于1.1m的阳极组件快速模块化装配，也可以实现多组电池并联，具有电池能量密度高、使用寿命长的优点。

Description

一种大型模块化海水电池

技术领域

本实用新型属于水下电池领域，具体说是一种大型模块化海水电池。

背景技术

目前国内对水下电池领域研究较少，尤其是海水电池应用案例更是罕有，海水电池作为一种典型的金属半燃料电池，具有长寿命、高比能量等优点，但电池设计较为单一，多为固定规格电池的制造，通用性较弱，电池尺寸偏小，框架只能对单一规格阳极、阴极组件进行搭载，无法满足多规格、差异化的使用要求。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术中存在的问题，提出一种大型模块化海水电池，解决了现有技术中海水电池通用性较弱、无法满足多规格、差异化使用要求的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种大型模块化海水电池，包括电池阳极、阴极组件、模块框架、锁紧装置及绝缘装置；所述的模块框架包括上部框架、立柱及下部框架，立柱设置在上部框架与下部框架之间，上部框架与下部框架的中心设置阳极限位槽，阳极限位槽与框架周边之间设置加强连接筋，加强连接筋上设置尺寸调节机构，电池阳极通过锁紧装置安装在阳极限位槽内，阴极组件通过尺寸调节机构安装在模块框架内，电池阳极与阳极限位槽之间、电池阳极与锁紧之间及阴极组件与模块框架之间设有绝缘装置。

所述的电池阳极包括阳极端子与阳极金属棒；阳极端子设置在阳极金属棒中间。

所述的阳极金属棒为活泼金属棒或活泼金属合金棒。

所述的阴极组件包括上钛圈、碳刷及下钛圈，碳刷设置上钛圈与下钛圈之间，阴极端子焊接在上钛圈上，上、下钛圈各焊接4组安装片。

所述的上、下钛圈采用钛带进行成型后焊接，上、下钛圈各焊接18组碳刷限位槽，碳刷限位槽设计为半圆环形状，碳刷限位槽沿圆周间隔20°均布，上、下钛圈之间的碳刷限位槽同心对应设置。

所述的碳刷用钛丝卷绕碳纤维制成，卷绕后钛丝自由端进行点焊。

所述的模块框架还包括底部支撑，底部支撑焊接在下部框架的底部，所述的上部框架与下部框架为四边形边框，立柱设置在上部框架与下部框架的四角，上部框架的四角加工有4处直角镂空，立柱采用不锈钢等边角钢，立柱的两侧各加工两条长腰孔，用于上部框架的调节固定；所述的上部框架上的尺寸调节机构为长腰孔。

所述的锁紧装置包括上部调节螺栓与下部调节螺栓，上部调节螺栓与下部调节螺栓分别用于电池阳极上下两端的调节紧固，上部调节螺栓与下部调节螺栓均设置有3组，3组上部调节螺栓与3组下部调节螺栓均沿圆周间隔120°均布。

所述的上部调节螺栓、下部调节螺栓与阳极金属棒的连接处均加工同轴深孔，上部调节螺栓、下部调节螺栓的头部均安装绝缘螺帽，上部调节螺栓、下部调节螺栓与绝缘螺帽一同安装到深孔中，上部调节螺栓与下部调节螺栓锁紧后在缝隙处填充耐腐蚀非金属材料；

所述的绝缘装置包括绝缘垫圈、聚四氟乙烯垫片及绝缘螺帽，绝缘螺帽材料选用聚四氟乙烯。

本实用新型相对于现有技术取得的效果是：

1，电池框架有效容积大于1m³，电池阳极、阴极组件设计合理，具有更高的功率、更长的寿命。

2，电池框架可满足直径0.3m～1m、高度0.2m～1m的阴极组件及直径小于0.25m、高度小于1.1m的阳极快速模块化装配，实现多种规格海水电池的搭载，实现一机多用。

3，阳极金属棒与调节螺栓连接处加工同轴深孔，调节螺栓连同绝缘螺帽插入孔中，可满足电池阳极金属棒在寿命周期内消耗变细过程中的持久定位效果。

4，电池框架材料采用316L不锈钢材料，具有良好的耐海水腐蚀性。阴极组件中的金属采用TC4钛合金，具有良好的导电性及耐腐蚀性。碳纤维经过活化，效率更高。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的俯视结构示意图；

图3为本实用新型阴极组件的结构示意图；

图4为本实用新型下部框架及底部支撑的结构示意图；

图5为本实用新型上部框架的俯视结构示意图。

其中，1-阳极端子，2-阳极金属棒，3-绝缘垫圈，4-阳极限位槽，5-上部绝缘螺帽，6-上部调节螺栓，7-上部框架，8-聚四氟乙烯垫片，9-吊环，10-阴极端子，11-上钛圈，12-碳刷，13-立柱，14-下部绝缘螺帽，15-下部调节螺栓，16-下钛圈，17-下部框架，18-底部支撑，19-长腰孔，20-碳刷限位槽。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步描述。

实施例1：

一种大型模块化海水电池，包括电池阳极、阴极组件、模块框架、锁紧装置及绝缘装置；所述的模块框架包括上部框架7、立柱13及下部框架17，立柱设置在上部框架与下部框架之间，上部框架与下部框架的中心设置阳极限位槽4，阳极限位槽与框架周边之间设置加强连接筋，加强连接筋上设置长腰孔，电池阳极通过锁紧装置安装在阳极限位槽内，阴极组件通过尺寸调节机构安装在模块框架内，电池阳极与阳极限位槽之间、电池阳极与锁紧之间及阴极组件与模块框架之间设有绝缘装置。

本实施例提供的电池阳极包括阳极端子1与阳极金属棒2；阳极端子设置在阳极金属棒中间，阳极金属棒2采用AZ31镁合金棒。

本实施例提供的阴极组件，由上钛圈、18根碳刷及下钛圈组成，阴极端子焊接在上钛圈上，阴极端子加工有M6外螺纹，用于外接引线。上、下钛圈选用钛带成型焊接而成，上、下钛圈各焊接18组碳刷限位槽，碳刷限位槽设计为半圆环形状，内径6mm，长度40mm，增强碳刷与钛圈间的连接效果，保证良好的导电性，碳刷限位槽沿圆周间隔20°均布，上、下钛圈的碳刷限位槽同心对应设置。上、下钛圈各焊接4组安装片，用于阴极组件与框架的安装。碳刷采用钛丝卷绕碳纤维制成，卷绕后钛丝自由端进行点焊，防止碳纤维松脱。碳纤维经过活化处理，碳纤维为聚丙烯腈基(PAN)、沥青基、酚醛基、纤维素基碳纤维。

本实施例提供的模块框架可满足直径0.3m～1m、高度0.2m～1m的阴极组件及直径小于0.25m、高度小于1.1m的电池阳极快速模块化装配，一组框架实现多种规格海水电池的搭载，模块框架由上部框架、4根立柱、下部框架及4组底部支撑组成。上部框架采用4根1m长的不锈钢等边角钢焊接成方形框架作为边框，上部框架的中心位置设置阳极限位槽，阳极限位槽与边框之间用4根不锈钢等边角钢连接作为连接加强筋，连接处进行焊接，既起到加强筋的作用，也是阴极组件的连接面，连接加强筋上设有长腰孔，以满足不同直径阴极组件的调节安装，上部框架的四角加工4处直角镂空，可在安装小尺寸阴极组件时用于立柱穿过其中。4根立柱与4组底部支撑均与下部框架焊接，组成下部整体框架，下部框架结构形式与上部框架相同。4根立柱同样选用不锈钢等边角钢，两侧各加工两条450mm长腰孔，用于上部框架的调节固定，也用于多组电池间的并联安装。上部框架安装4组吊环，用于吊装运输，底部支撑高度为100mm，满足铲装要求。

本实施例提供的锁紧装置包括上部调节螺栓（6）与下部调节螺栓（15），用于阳极金属棒的调节固定，不同性能的海水电池阳极金属棒材质及外形尺寸均不同，上下2组阳极限位槽可满足最大直径0.25m的阳极金属棒的承载，阳极限位槽圆柱面间隔120°加工3个M8螺纹通孔，上部调节螺栓与下部调节螺栓分别用于阳极上下两端的调节紧固。

本实施例提供的绝缘装置，由电池阳极与阳极限位槽之间、电池阳极与锁紧之间及阴极组件与模块框架之间的绝缘体组成，绝缘体材料选用聚四氟乙烯，绝缘垫圈尺寸为φ260×8mm，用于阳极与限位槽间的绝缘，聚四氟乙烯垫片长×宽×高尺寸为70×40×4mm，用于阴极组件与模块框架间的绝缘。

实施例2：

在实施例1的基础上，提出一种优选方案，为提高海水电池在使用过程中阳极的锁紧效果，采用新型锁紧方案。电池阳极金属棒在使用过程中会不断消耗，直径逐渐变小，为防止引起锁紧松脱，阳极金属棒与调节螺栓连接处加工同轴深孔，调节螺栓头部安装绝缘螺帽，绝缘螺帽规格为φ15×64mm，加工M8内螺纹，螺纹深度60mm，绝缘螺帽与绝缘螺栓一同安装到深孔中，绝缘螺栓锁紧后在缝隙处填充耐腐蚀非金属材料，可满足电池阳极金属棒在寿命周期内消耗变细过程中的持久定位效果。

实施例3：

在实施例1和2的基础上，提出一种优选镁海水电池方案，阳极金属棒选用AZ61镁合金棒，尺寸为φ210×1060mm；电池阴极为经特殊活化后的聚丙烯基碳纤维制成的刷状阴极。电池外部可加装穿孔板进行防护，防止海水中异物对电池造成影响。

本实用新型工作原理：

一种大型模块化海水电池，有效容积大于1m³，通过上部框架、下部框架及立柱两侧长腰孔设计及锁紧装置设计，模块框架可满足直径0.3m～1m、高度0.2m～1m的阴极组件及直径小于0.25m、高度小于1.1m的阳极快速模块化装配，实现一个框架满足多种规格海水电池的搭载，也可以实现多组电池并联。深孔可调锁紧装置保证阳极金属棒不会随消耗变细影响锁紧效果。多种绝缘零件保证了阳极与框架、阳极与锁紧装置及阴极组件与框架间的绝缘性。模块框架整体采用316L不锈钢材料，阴极组件金属采用TC4钛合金，具有良好的耐腐蚀性。

本实用新型提供的大型模块化海水电池，具有有效容积大、电池能量密度高、使用寿命长的优点，模块框架可满足不同规格阳极、阴极组件的组合搭载，实现一机多用，耐腐蚀性良好。

以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种大型模块化海水电池，其特征在于包括电池阳极、阴极组件、模块框架、锁紧装置及绝缘装置；所述的模块框架包括上部框架（7）、立柱（13）及下部框架（17），立柱设置在上部框架与下部框架之间，上部框架与下部框架的中心设置阳极限位槽（4），阳极限位槽与框架周边之间设置加强连接筋，加强连接筋上设置尺寸调节机构，电池阳极通过锁紧装置安装在阳极限位槽内，阴极组件通过尺寸调节机构安装在模块框架内，电池阳极与阳极限位槽之间、电池阳极与锁紧之间及阴极组件与模块框架之间设有绝缘装置。

2.根据权利要求1所述的一种大型模块化海水电池，其特征在于所述的电池阳极包括阳极端子（1）与阳极金属棒（2）；阳极端子设置在阳极金属棒中间。

3.根据权利要求2所述的一种大型模块化海水电池，其特征在于所述的阳极金属棒为活泼金属棒或活泼金属合金棒。

4.根据权利要求1所述的一种大型模块化海水电池，其特征在于所述的阴极组件包括上钛圈（11）、碳刷（12）及下钛圈（16），碳刷设置上钛圈（11）与下钛圈（16）之间，阴极端子（10）焊接在上钛圈（11）上，上、下钛圈各焊接4组安装片。

5.根据权利要求4所述的一种大型模块化海水电池，其特征在于所述的上、下钛圈采用钛带进行成型后焊接，上、下钛圈各焊接18组碳刷限位槽，碳刷限位槽设计为半圆环形状，碳刷限位槽沿圆周间隔20°均布，上、下钛圈之间的碳刷限位槽同心对应设置。

6.根据权利要求5所述的一种大型模块化海水电池，其特征在于所述的碳刷用钛丝卷绕碳纤维制成，卷绕后钛丝自由端进行点焊。

7.根据权利要求1所述的一种大型模块化海水电池，其特征在于所述的模块框架还包括底部支撑（18），底部支撑（18）焊接在下部框架的底部，所述的上部框架（7）与下部框架为四边形边框，立柱设置在上部框架（7）与下部框架的四角，上部框架（7）的四角加工有4处直角镂空，立柱（13）采用不锈钢等边角钢，立柱（13）的两侧各加工两条长腰孔，用于上部框架的调节固定；所述的上部框架上的尺寸调节机构为长腰孔。

8.根据权利要求1所述的一种大型模块化海水电池，其特征在于所述的锁紧装置包括上部调节螺栓（6）与下部调节螺栓（15），上部调节螺栓（6）与下部调节螺栓（15）分别用于电池阳极上下两端的调节紧固，上部调节螺栓（6）与下部调节螺栓（15）均设置有3组，3组上部调节螺栓（6）与3组下部调节螺栓（15）均沿圆周间隔120°均布。

9.根据权利要求8所述的一种大型模块化海水电池，其特征在于所述的上部调节螺栓（6）、下部调节螺栓（15）与阳极金属棒的连接处均加工同轴深孔，上部调节螺栓（6）、下部调节螺栓（15）的头部均安装绝缘螺帽，上部调节螺栓（6）、下部调节螺栓（15）与绝缘螺帽一同安装到深孔中，上部调节螺栓（6）与下部调节螺栓（15）锁紧后在缝隙处填充耐腐蚀非金属材料。

10.根据权利要求1所述的一种大型模块化海水电池，其特征在于所述的绝缘装置包括绝缘垫圈（3）、聚四氟乙烯垫片（8）及绝缘螺帽，绝缘螺帽材料选用聚四氟乙烯。