本發(fā)明涉及固體氧化物電堆，尤其是涉及一種用于固體氧化物電堆的自加壓裝置。

背景技術(shù)：

1、固體氧化物電堆包括固體氧化物燃料電池堆和固體氧化物電解池堆，是一種高效的電能和化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化的全固態(tài)電化學(xué)器件。其通常是由板式單電池，金屬連接板，片狀密封件，片狀集流體等部件在縱向的，同一垂直中心的空間方位上，以預(yù)設(shè)的相互作用力，疊加形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，一般工作于600～800℃的高溫條件下，內(nèi)部設(shè)計(jì)有還原性氣體和氧化性氣體流動的相互獨(dú)立的通道。

2、1)電堆作為大量部件疊加的復(fù)合結(jié)構(gòu)，外側(cè)部件容易因受到水平方向力產(chǎn)生傾斜或偏轉(zhuǎn)，內(nèi)側(cè)部件容易因受到震動產(chǎn)生位移，造成電堆界面間密封失效或電接觸不良，這種電堆偏離理想結(jié)構(gòu)的后果是電堆高溫工作狀態(tài)下的性能衰減。同理，高溫工作狀態(tài)下也需要避免上述的水平方向力，震動等不利因素。2)另一方面對電堆施加垂直方向的力有利于各部件之間緊密結(jié)合，進(jìn)而提高氣密性和克服水平作用力，以及減小部件之間的接觸電阻，最終提高電堆性能。進(jìn)一步的，控制垂直方向力始終處于預(yù)設(shè)大小，能夠避免電堆因受變化的機(jī)械力沖擊而損壞，能夠保證電堆在預(yù)設(shè)的理想壓力下穩(wěn)定工作。3)電堆在存放，運(yùn)輸和工作情況下因改變地點(diǎn)或外圍輔助裝置需要，通常存在不同加壓裝置的切換過程，過程中存在電堆受到加壓力變化沖擊的風(fēng)險(xiǎn)。另一方面受長期保持的緊固壓力影響，由多種部件疊加組成的電堆會產(chǎn)生一定的塑性形變。最后，從常溫至高溫的變化過程中，電堆各部件受熱會有不同程度的膨脹，這種高溫和器件變形也對加壓裝置的材料選擇和功能設(shè)計(jì)提出了更高的要求。因此既能滿足電堆常溫保存，運(yùn)輸，高溫工作狀態(tài)的加壓避免產(chǎn)生水平方向推力和垂直方向沖擊，同時具有壓力恒定調(diào)節(jié)功能的裝置具有重要意義。

3、現(xiàn)有的技術(shù)中，目前的電堆加壓方式分為自加壓和外加壓兩種方式，其中外加壓通常采用絲桿或者氣缸等加壓件，工作狀態(tài)下使用一根連接桿將高溫處的電堆受力點(diǎn)與低溫處加壓件連接，裝置整體尺寸大，對安裝空間和運(yùn)輸要求高，同時存在高溫與低溫連接的部件存在導(dǎo)熱及密封困難的問題，降低了系統(tǒng)效率。

4、自加壓方式更加緊湊，不存在上述缺點(diǎn)。如公開號為cn116565279a的專利申請，其公開了一種用于固體氧化物燃料電池的自加壓外殼，這種自加壓方式常常將電堆至于上，下板之間，采用一組或多組螺栓對上下板緊固的方式，將緊固力傳導(dǎo)至電堆，再結(jié)合封閉的側(cè)板，形成密閉的腔體。電堆緊固力通過緊固件螺栓對上下板的壓緊力調(diào)整，即壓緊力大小與緊固力大小相當(dāng)。通過調(diào)整緊固螺母的扭矩調(diào)整上下板的壓力。其結(jié)構(gòu)緊湊，但是緊固方式簡單選用了常溫情況下使用的緊固件，一方面在常溫情況下，沒有提供針對電堆塑性變形配套的調(diào)節(jié)方式，另一方面忽視了緊固件，上下板，電堆等重要結(jié)構(gòu)件在高溫下變軟，熱膨脹系數(shù)不一致和高溫蠕變等諸多問題，剛性連接的結(jié)構(gòu)，缺乏調(diào)節(jié)能力，在實(shí)際應(yīng)用過程中難以給電堆施加穩(wěn)定的加壓力，增大電堆泄露或性能衰減的風(fēng)險(xiǎn)。此外，金屬與金屬之間在長期高溫環(huán)境下易發(fā)生粘連，上述裝置存在高溫運(yùn)行后難以拆卸的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種用于固體氧化物電堆的自加壓裝置，其核心是采用特殊設(shè)計(jì)的底座和壓板，搭配壓塊，套筒及其他部件在全生命周期內(nèi)對電堆提供恒定的緊固壓力。裝置結(jié)構(gòu)緊湊，安裝和拆卸均較為便利，且安裝完成后無需任何操作，即可直接用于存放，運(yùn)輸，高溫運(yùn)行等復(fù)雜環(huán)境中，具有較高的實(shí)用價值。

2、本發(fā)明的上述發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：

3、一種用于固體氧化物電堆的自加壓裝置，包括底座、電堆、壓板、滾珠、壓塊以及定位柱，所述定位柱的一端與所述底座連接，另一端與所述壓塊連接，所述電堆與所述壓板設(shè)置在所述底座與所述壓塊之間，所述壓板設(shè)置在所述電堆的上方，所述滾珠設(shè)置在所述壓塊與所述壓板之間。

4、作為本發(fā)明的進(jìn)一步的技術(shù)方案：所述定位柱配置為兩個，兩個所述定位柱分別對稱分布在所述電堆的兩側(cè)，所述定位柱的兩端分別垂直于所述底座的頂面與所述壓塊的底面。

5、作為本發(fā)明的進(jìn)一步的技術(shù)方案：所述定位柱連接所述壓塊的一端安裝有套筒，所述定位柱靠近所述套筒的外壁上開設(shè)有外螺紋，并在所述定位柱上螺紋連接有螺母；

6、所述壓板的兩側(cè)分別連接有彈性薄板，所述彈性薄板上開設(shè)有安裝孔，所述彈性薄板的一端通過所述安裝孔套設(shè)在所述定位柱開設(shè)有所述外螺紋的位置處。

7、作為本發(fā)明的進(jìn)一步的技術(shù)方案：每個所述定位柱上的螺母配置為兩個，兩個所述螺母分別位于所述彈性薄板的兩側(cè)。

8、作為本發(fā)明的進(jìn)一步的技術(shù)方案：所述套筒的內(nèi)徑大于所述定位柱的外徑且小于所述外螺紋的外徑。

9、作為本發(fā)明的進(jìn)一步的技術(shù)方案：所述底座與所述電堆之間設(shè)置有密封件，所述密封件的外尺寸與所述電堆的底面尺寸相同。

10、作為本發(fā)明的進(jìn)一步的技術(shù)方案：所述壓板與所述電堆之間設(shè)置有絕緣板，所述絕緣板的外尺寸與所述電堆的頂面尺寸相同。

11、作為本發(fā)明的進(jìn)一步的技術(shù)方案：所述壓板的頂面開設(shè)有四個圓形凹槽，每個所述圓形凹槽內(nèi)放置所述滾珠，所述滾珠與所述壓塊的底部接觸，所述滾珠在所述壓塊和所述壓板之間傳遞緊固力。

12、作為本發(fā)明的進(jìn)一步的技術(shù)方案：所述底座的側(cè)面連接有四根氣管，所述電堆的底部開設(shè)有與四根所述氣管分別連接的四個氣孔。

13、作為本發(fā)明的進(jìn)一步的技術(shù)方案：所述外螺紋的中心高度與所述密封件、所述電堆、所述絕緣板在加壓后的高度總和相同。

14、綜上所述，本發(fā)明包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

15、1.本發(fā)明公開了一種用于固體氧化物電堆的自加壓裝置，安裝完成后裝置可長期放置于儲存環(huán)境中；在運(yùn)輸環(huán)境中，電堆始終受到恒定緊固力，并在壓塊、壓板以及滾珠的動態(tài)調(diào)節(jié)下，即使壓塊發(fā)生相對底座的位移或震動，也不會通過滾珠向電堆傳遞水平作用力；在高溫工作狀態(tài)下，得益于壓板的設(shè)計(jì)和壓塊，套筒，定位柱的配合間隙，加壓裝置可根據(jù)電堆，絕緣板，密封件的厚度變化隨時調(diào)整組合的相對空間位置，保證低溫至高溫和長期高溫下，即使存在熱膨脹系數(shù)和高溫蠕變的現(xiàn)象，電堆仍然受到恒定的緊固力。

16、2.本發(fā)明采用特殊設(shè)計(jì)的底座和壓板，搭配壓塊，套筒及其他部件在全生命周期內(nèi)對電堆提供恒定的緊固壓力。裝置結(jié)構(gòu)緊湊，安裝和拆卸均較為便利，且安裝完成后無需任何操作，即可直接用于存放，運(yùn)輸，高溫運(yùn)行等復(fù)雜環(huán)境中，具有較高的實(shí)用價值。

17、3.本發(fā)明利用特殊設(shè)計(jì)的加壓裝置巧妙的將垂直力和水平力分開，能夠在提供恒定的垂直方向緊固力的同時，隔絕電堆受到的水平方向力，因此有效避免電堆在運(yùn)輸過程中由于外部震動或慣性因素產(chǎn)生部件位移，具有較高的先進(jìn)性。

技術(shù)特征：

1.一種用于固體氧化物電堆的自加壓裝置，其特征在于，包括底座(5)、電堆(4)、壓板(2)、滾珠(3)、壓塊(1)以及定位柱(51)，所述定位柱(51)的一端與所述底座(5)連接，另一端與所述壓塊(1)連接，所述電堆(4)與所述壓板(2)設(shè)置在所述底座(5)與所述壓塊(1)之間，所述壓板(2)設(shè)置在所述電堆(4)的上方，所述滾珠(3)設(shè)置在所述壓塊(1)與所述壓板(2)之間。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于固體氧化物電堆的自加壓裝置，其特征在于，所述定位柱(51)配置為兩個，兩個所述定位柱(51)分別對稱分布在所述電堆(4)的兩側(cè)，所述定位柱(51)的兩端分別垂直于所述底座(5)的頂面與所述壓塊(1)的底面。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于固體氧化物電堆的自加壓裝置，其特征在于，所述定位柱(51)連接所述壓塊(1)的一端安裝有套筒(6)，所述定位柱(51)靠近所述套筒(6)的外壁上開設(shè)有外螺紋(52)，并在所述定位柱(51)上螺紋連接有螺母(7)；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于固體氧化物電堆的自加壓裝置，其特征在于，每個所述定位柱(51)上的螺母(7)配置為兩個，兩個所述螺母(7)分別位于所述彈性薄板(21)的兩側(cè)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于固體氧化物電堆的自加壓裝置，其特征在于，所述套筒(6)的內(nèi)徑大于所述定位柱(51)的外徑且小于所述外螺紋(52)的外徑。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于固體氧化物電堆的自加壓裝置，其特征在于，所述底座(5)與所述電堆(4)之間設(shè)置有密封件(9)，所述密封件(9)的外尺寸與所述電堆(4)的底面尺寸相同。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于固體氧化物電堆的自加壓裝置，其特征在于，所述壓板(2)與所述電堆(4)之間設(shè)置有絕緣板(8)，所述絕緣板(8)的外尺寸與所述電堆(4)的頂面尺寸相同。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于固體氧化物電堆的自加壓裝置，其特征在于，所述壓板(2)的頂面開設(shè)有四個圓形凹槽(22)，每個所述圓形凹槽(22)內(nèi)放置所述滾珠(3)，所述滾珠(3)與所述壓塊(1)的底部接觸，所述滾珠(3)在所述壓塊(1)和所述壓板(2)之間傳遞緊固力。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于固體氧化物電堆的自加壓裝置，其特征在于，所述底座(5)的側(cè)面連接有四根氣管(53)，所述電堆(4)的底部開設(shè)有與四根所述氣管(53)分別連接的四個氣孔。

10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于固體氧化物電堆的自加壓裝置，其特征在于，所述外螺紋(52)的中心高度與所述密封件(9)、所述電堆(4)、所述絕緣板(8)在加壓后的高度總和相同。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種用于固體氧化物電堆的自加壓裝置，包括底座、電堆、壓板、滾珠、壓塊以及定位柱，所述定位柱的一端與所述底座連接，另一端與所述壓塊連接，所述電堆與所述壓板設(shè)置在所述底座與所述壓塊之間，所述壓板設(shè)置在所述電堆的上方，所述滾珠設(shè)置在所述壓塊與所述壓板之間。其核心是采用特殊設(shè)計(jì)的底座和壓板，搭配壓塊，套筒及其他部件在全生命周期內(nèi)對電堆提供恒定的緊固壓力。裝置結(jié)構(gòu)緊湊，安裝和拆卸均較為便利，且安裝完成后無需任何操作，即可直接用于存放，運(yùn)輸，高溫運(yùn)行等復(fù)雜環(huán)境中，具有較高的實(shí)用價值。

技術(shù)研發(fā)人員：陸越,關(guān)成志,郭棟,許靜元,謝俊俊,劉樂樂,廖鵬飛,王建強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海氫程科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2