CN213401272U - 一种独立巡检和更换电堆中双极板和双极板包夹的膜电极组件的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种独立巡检和更换电堆中双极板和双极板包夹的膜电极组件的装置及使用方法，属于电化学领域。电堆中双极板的顶部设有提手，电堆中双极板的两侧侧面的底部均设有栓柱，栓柱上设有通孔和孔，电堆两侧端板上设有滑道，滑道上设有滑块，相邻两个滑块之间设有摆臂，栓柱位于矩形框架结构的正下方；通孔螺栓穿入通孔固定连接不检修的双极板；孔螺栓通过摆臂拧入孔，并通过孔螺栓固定连接摆臂和包夹了待测膜电极的双极板上的栓柱，通过向提手方向推动栓柱而取出包夹了待测膜电极的双极板。本实用新型旨在解决目前无法在不拆堆的情况下取出需要检查或更换的膜组件等问题，该装置可简易放大，可以独立取出由双极板包夹的膜电极组件。

Description

一种独立巡检和更换电堆中双极板和双极板包夹的膜电极组 件的装置

技术领域

本实用新型属于电化学领域，具体涉及一种独立巡检和更换电堆中双极板和双极板包夹的膜电极组件的装置。

背景技术

燃料电池是电化学转换器。将氢气(或含有氢气的能源)和氧气直接转化为电能。1839年威廉·罗伯特·格罗夫爵士(Sir William Robert Grove)发明的燃料电池可通过不燃烧的电化学过程高效地产生电能，而且重要的是在使用时不会排放CO₂。含氢燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)被认为是各种应用中最有希望的替代能源。尤其对于汽车应用而言，由于其低噪音，低工作温度和高功率密度的优势，氢燃料电池 (HFC)变得非常有吸引力。由于迫切需要为人类的能源未来寻找低碳之路，许多国家正在推进氢技术和氢燃料电池的部署，不仅用于运输，而且还用于存储过多的来自风能和太阳能农场的可再生能源。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)通常设计为堆叠结构，其中许多电池通过端板夹紧在一起。但是，堆叠给评估其电池堆组件的性能带来了很大的困难。其中膜组件易腐蚀，易遭受损害，是电堆中最需要巡检更换部分，但是目前的结构设计还不能有效的独立巡检和更换该电堆组件。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种独立巡检和更换电堆中双极板和双极板包夹的膜电极组件的装置，旨在解决现有堆叠设计方法中难以独立巡检电堆组件的问题。该装置可用于燃料电池电堆组件独立巡检。

为了实现实用新型目的，本实用新型提供了一种独立巡检和更换电堆中双极板和双极板包夹的膜电极组件的装置，所述电堆中双极板的顶部设有提手，电堆中双极板的两侧侧面的底部均设有栓柱，栓柱和双极板在同一水平面上，栓柱上设有通孔和孔，通孔垂直于栓柱和双极板所在水平面，并贯穿栓柱，孔垂直于栓柱厚度面，且不贯穿栓柱；电堆两侧端板侧面的厚度面上设有滑道，滑道凸出于电堆所在的平面，滑道上设有滑块，相邻两个滑块之间设有摆臂，摆臂为矩形框架结构，栓柱位于矩形框架结构的正下方，栓柱远离双极板且与双极板厚度面平行的面与摆臂相切或有一定间隙；通孔螺栓穿入通孔固定连接不检修的双极板；孔螺栓通过摆臂拧入孔，并通过孔螺栓可拆卸的固定连接摆臂和包夹了待测膜电极的双极板上的栓柱，通过向提手方向推动栓柱而取出包夹了待测膜电极的双极板。

进一步地，上述技术方案中，所述滑道和滑块组成滑轨装置，设有2个或4个滑轨装置。

进一步地，上述技术方案中，所述滑轨装置与电堆端板之间可拆卸连接，摆臂与滑块之间可拆卸连接。

进一步地，上述技术方案中，电堆中相邻两个双极板之间设有密封垫。

进一步地，上述技术方案中，滑块的动载荷为1-300kN。

进一步地，上述技术方案中，所述间隙为不大于1cm。

进一步地，上述技术方案中，滑块、滑道与摆臂的材质包括塑料，木材、合金或金属。

进一步地，上述技术方案中，所述塑料包括PET、HDPE、PVC、LDPE、PP、PS、 PC、PHA、PLA、PCL、PBS、PBSA；所述合金包括球墨铸铁、锰钢、不锈钢、黄铜、青铜、白铜、焊锡、硬铝；所述金属包括钢铁、铜、铝、铅、钛。

进一步地，上述技术方案中，所述密封垫的材质包括氯丁橡胶、天然橡胶、丁氰橡胶、氯磺酰化聚乙烯合成橡胶、硅橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺树脂或聚对苯二甲酸丁二醇酯。

作为优选，滑道的长度范围为1-100cm，宽度1-10cm，摆臂的长度范围为1-150 cm，宽度为1-10cm，栓柱的长度范围为1-10cm，宽度范围为1-1.5cm，高度范围为 1-1.5cm，孔(6)与孔(9)直径范围皆是1-1.5cm，孔(6)的竖直深度为1-10cm，开孔(9)的竖直深度为1-1.5cm。

所述双极板的材质为石墨，Au、Pt、Ti及不锈钢等金属，复合双极板中的一种。

上述装置，可用于燃料电池电堆的独立巡检。

一种独立巡检和更换电堆中双极板和双极板包夹的膜电极组件的装置的使用方法，包括如下步骤：

(1)组装好电堆，用电堆组装机压紧并检测电堆气密性，电堆正常使用；

(2)双极板包夹的膜电极需要巡检或更换时，按照上文所述的方法安装滑轨装置和摆臂，将包夹了待测膜电极的双极板用孔螺栓固定于摆臂上，将其余双极板通过通孔螺栓固定防止移动；

(3)向提手所在方向推动摆臂，使包夹了待检测膜电极的双极板从电堆中推出，通过提手取出双极板及双极板包夹的膜电极组件；

(4)检测完成后，将双极板包夹更换的膜电极，插入电堆中相应位置，电堆用电堆组装机压紧并检测气密性，用密封垫密封，即完成巡检和更换。

本实用新型设计的装置可通过对双极板的尺寸进行规模放大，设计所需滑轨，摆臂的长度，以及滑块的载荷。

本实用新型设计的装置结构简单，便于加工，所述装置中双极板面积和体积可简易缩小或放大，配套的滑轨装置可同步定制，能有效实现在不拆堆的情况下独立巡检和/或更换双极板和双极板包夹的膜电极组件。

本实用新型可以选择性的将需要检查或更换的膜电极在两侧双极板的包夹下取出。解决了目前无法在不拆堆的情况下拿出需要检查或更换的膜电极等问题，本实用新型的反应装置可简易放大，可以独立取出由双极板包夹的膜电极。

附图说明

图1是本实用新型所述独立巡检和更换电堆中双极板和双极板包夹的膜电极组件的装置的结构示意图。

图2是本实用新型所述独立巡检和更换电堆中双极板和双极板包夹的膜电极组件的装置左视图。

图3是实施例中双极板的正面气体流场结构示意图。

图4是实施例中双极板的背面冷却水流场结构示意图。

图5是本实用新型所述独立巡检和更换电堆中双极板和双极板包夹的膜电极组件的装置使用图。

图中，1、滑块；2、滑道；3、滑轨装置；4、摆臂；5、栓柱；6、孔；7、双极板； 8、密封垫；9、通孔；10、提手；11、端板；12、孔螺栓；13、通孔螺栓。

具体实施方式

下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。

实施例1

如图1-3所示，一种独立巡检和更换电堆中双极板和双极板包夹的膜电极组件的装置。所述电堆中双极板的顶部设有提手10，电堆中双极板的两侧侧面的底部均设有栓柱5，栓柱5和双极板在同一水平面上，栓柱5上设有通孔9和孔6，通孔9垂直于栓柱5和双极板所在水平面，并贯穿栓柱5，孔6垂直于栓柱5厚度面，且不贯穿栓柱5；电堆两侧端板侧面的厚度面上设有滑道2，滑道2凸出于电堆所在的平面，滑道 2上设有滑块1，相邻两个滑块1之间设有摆臂4，摆臂4为矩形框架结构，栓柱5位于矩形框架结构的正下方，栓柱5远离双极板且与双极板厚度面平行的面与摆臂4相切或有不大于1cm的间隙；通孔螺栓13穿入通孔9固定连接不检修的双极板；孔螺栓12通过摆臂4拧入孔6，并通过孔螺栓12可拆卸的固定连接摆臂4和包夹了待测膜电极的双极板上的栓柱5，通过向提手10方向推动栓柱5而取出包夹了待测膜电极的双极板。所述滑道2和滑块1组成滑轨装置3，设有4个滑轨装置3。所述滑轨装置 3与电堆端板之间可拆卸连接，摆臂4与滑块1之间可拆卸连接。电堆中相邻两个双极板之间设有密封垫8。滑块1的动载荷为1-300kN。滑块1、滑道2与摆臂4的材质为塑料，木材或不锈钢中的一种。所述密封垫8的材质包括氯丁橡胶、天然橡胶、丁氰橡胶、氯磺酰化聚乙烯合成橡胶、硅橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺树脂或聚对苯二甲酸丁二醇酯。

实施例2

一种独立巡检和更换电堆中双极板和双极板包夹的膜电极组件的装置的使用方法，包括如下步骤：

组装电堆的步骤如下：

(1)设计双极板

设计双极板和密封圈的尺寸和形状，选定一种材质进行加工。栓柱的形状为长方体，栓柱的长度范围为1-10cm，宽度范围为1-1.5cm，高度范围为1-1.5cm。

双极板的材质为石墨，Au、Pt、Ti及不锈钢等金属，复合双极板，密封垫的材质为氯丁橡胶、天然橡胶、丁氰橡胶、氯磺酰化聚乙烯合成橡胶、硅橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种。

(2)设计滑轨

所述装置滑道的长度范围为1-100cm，宽度1-10cm，滑块动载荷为1-300kN，摆臂的长度范围为1-150cm，宽度为1-10cm。

滑块，滑道与摆臂的材质包括塑料，木材、合金或金属。

进一步地，所述塑料包括PET、HDPE、PVC、LDPE、PP、PS、PC、PHA、PLA、 PCL、PBS、PBSA；所述合金包括球墨铸铁、锰钢、不锈钢、黄铜、青铜、白铜、焊锡、硬铝；所述金属包括钢铁、铜、铝、铅、钛。

首先组装电堆，将双极板、膜电极、双极板按顺序依次叠加在已安装好绝缘板、集流板的下端板上；重复以上步骤，利用组装辅助定位装置把单电池整齐地叠加成电堆；最后叠上上端板部分，使用电堆组装机施加设计好的压力将电堆压紧；按照测试流程进行气密性检测；气密性检测通过后，在保持压力的情况下，安装好紧固螺杆。随后即可撤除压力并将其平放，电堆组装完成。

电堆正常使用，定期进行膜电极的检修或更换，

双极板包夹的膜电极需要巡检或更换时，按照上述的方法安装滑轨装置和摆臂，将包夹了待测膜电极的双极板用孔螺栓固定于摆臂上，将其余双极板通过通孔螺栓固定防止移动；

向提手所在方向推动摆臂，使包夹了待检测膜电极的双极板从电堆中推出，通过提手取出双极板及双极板包夹的膜电极组件；

检测完成后，将双极板包夹更换的膜电极，插入电堆中相应位置，电堆用电堆组装机压紧并检测气密性，用密封垫密封，即完成巡检更换。

实施例3

215cm²膜电极电堆制备：

设计加工反应装置的各个部件，双极板的长度为230mm(包含提手高度)宽度为176mm，厚度为5mm，栓柱长度为30mm，宽度为10mm，厚度与双极板一致为5mm，并在栓柱垂直于双极板的方向上开一个直径为3mm，深度为25mm的螺纹孔，在垂直于栓柱的方向上距栓柱边5mm处开一个直径为3mm，深度为5mm的贯穿孔，滑道长230mm，滑块的最大动载荷33.9kN，摆臂的长度随成堆后宽度可调，双极板的材质选取不锈钢，密封垫的材质选取硅橡胶，滑块，滑道与摆臂的材质为不锈钢，将双极板、215cm²膜电极、双极板按顺序依次叠加在已安装好绝缘板、集流板的下端板上；重复以上步骤10次，利用组装辅助定位装置把单电池整齐地叠加成电堆；最后叠上上端板部分，使用组装机施加设计好的压力将电堆压紧；按照测试流程进行气密性检测；气密性检测通过后，在保持压力的情况下，安装好紧固螺杆。随后即可撤除压力并将其平放，电堆组装完成。

膜电极需要巡检或更换时，在组装好的电堆上安装滑轨装置，将滑道对称安装在两侧端板的侧边上，共四条，滑块和与之固定的摆臂安装到滑道上。

将包夹了待测膜电极的双极板用孔螺栓固定于摆臂上，将其余双极板通过通孔螺栓固定防止移动；

向提手所在方向推动摆臂，使包夹了待检测膜电极的双极板从电堆中推出，通过提手取出双极板及双极板包夹的膜电极组件；

检测完成后，将双极板包夹更换的膜电极，插入电堆中相应位置，电堆用电堆组装机压紧并检测气密性，用密封垫密封，即完成巡检更换。

Claims (6)

1.一种独立巡检和更换电堆中双极板和双极板包夹的膜电极组件的装置，其特征在于，所述电堆中双极板的顶部设有提手(10)，电堆中双极板的两侧侧面的底部均设有栓柱(5)，栓柱(5)和双极板在同一水平面上，栓柱(5)上设有通孔(9)和孔(6)，通孔(9)垂直于栓柱(5)和双极板所在水平面，并贯穿栓柱(5)，孔(6)垂直于栓柱(5)厚度面，且不贯穿栓柱(5)；电堆两侧端板侧面的厚度面上设有滑道(2)，滑道(2)凸出于电堆所在的平面，滑道(2)上设有滑块(1)，相邻两个滑块(1)之间设有摆臂(4)，摆臂(4)为矩形框架结构，栓柱(5)位于矩形框架结构的正下方，栓柱(5)远离双极板且与双极板厚度面平行的面与摆臂(4)相切或有一定间隙；通孔螺栓(13)穿入通孔(9)固定连接不检修的双极板；孔螺栓(12)通过摆臂(4)拧入孔(6)，并通过孔螺栓(12)可拆卸的固定连接摆臂(4)和包夹了待测膜电极的双极板上的栓柱(5)，通过向提手(10)方向推动栓柱(5)而取出包夹了待测膜电极的双极板。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述滑道(2)和滑块(1)组成滑轨装置(3)，设有2个或4个滑轨装置(3)。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述滑轨装置(3)与电堆端板之间可拆卸连接，摆臂(4)与滑块(1)之间可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，电堆中相邻两个双极板之间设有密封垫(8)。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，滑块(1)的动载荷为1-300kN。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述间隙为不大于1cm。

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