一种适用于中高温的固体氧化物燃料电池电堆加压装置的制作方法

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其是一种适用于中高温的固体氧化物燃料电池电堆加压装置。

背景技术：

固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种将碳氢燃料的化学能直接转化成电能的电化学装置，较高的工作温度保证了SOFC高的能量转化效率、灵活的燃料选择性，也给单电池集成为电堆带来了挑战。

对于平板式SOFC而言，在单电池集成为电堆时需要用连接体将电池串联起来，此过程会引进接触材料来降低连接体与单电池间的接触电阻，而仅仅依靠接触材料还不能保证电堆接触，还需在电堆上加载一定的压力。另外，为隔绝电堆内部氧化气和燃料，电堆内部各组件间还需添加密封材料。玻璃陶瓷基密封材料是目前应用较为广泛的SOFC密封材料，此类密封属于压密封材料，需在一定压力下才能实现密封功能。而目前发展最成熟的SOFC工作温度集中在600°C~800°C，如何在高温下实现加压，同时保证在电堆稳定运行和升降温过程中压力的稳定是一个需要解决的问题。

申请号公布号为CN102723507A的中国专利“一种外气道式平板固体氧化物燃料电池堆及其装配方法”给出了一种电堆加压设计，该设计结构复杂，在电堆升降温过程中，由于各部件间的热膨胀系数失配，易导致压力松弛，且在运行过程中无法实现重新加压。

技术实现要素：

为了克服现有的压力易松弛的不足，本实用新型提供了一种适用于中高温的固体氧化物燃料电池电堆加压装置，通过调节螺栓和下端陶瓷套管的长度来解决问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于中高温的固体氧化物燃料电池电堆加压装置，包括电堆堆芯、紧固组件和压力加载组件，紧固组件包括绝缘套管、高强度螺栓、高强度弹簧和紧固螺母，压力加载组件包括顶盖、压杆和底座，电堆堆芯位于顶盖和底座之间，并通过其上方的两根顶盖压杆和其下方的两根底座压杆固定，上下方的顶盖压杆和底座压杆对应设置且通过其两端的高强度螺栓贯穿固定连接，绝缘套管和高强度弹簧均套设在高强度螺栓上，高强度螺栓底部通过用于调节高强度弹簧长度的紧固螺母固定。

进一步的，包括绝缘套管由设置在顶盖压杆上方的上氧化铝陶瓷套管和设置在底座压杆下方的下氧化铝陶瓷套管构成。

进一步的，包括压杆采用不锈钢材料，压杆两侧对称设置有两个便于高强度螺栓贯穿的穿孔，且穿孔直径比高强度螺栓直径大2mm。

进一步的，包括绝缘套管和压杆两侧穿孔同轴。

进一步的，包括压杆上设置有与顶盖和底座上的卡槽相契合的卡口。

进一步的，包括高强度弹簧长度为50~100mm。

本实用新型的有益效果是，通过调节螺栓和下端陶瓷套管的长度保证弹簧处于热箱之外，防止因高温引起的应力松弛，防止电堆顶盖和底座之间短路，亦可以在电堆工作过程中调节加载压力，大大提高了电堆接触和密封的可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的立体结构图；

图2是本实用新型的平面结构图；

图3是本实用新型的顶盖和底座结构示意图。

图中1.上氧化铝陶瓷套管，2.顶盖，3.气流腔，4.压杆，5.下氧化铝陶瓷套管，6.高强度弹簧，7.紧固螺母，8.高强度螺栓，9.底座，10.电堆堆芯，11.热箱，41.顶盖压杆，42.底座压杆。

具体实施方式

如图1~3所示，一种适用于中高温的固体氧化物燃料电池电堆加压装置，包括电堆堆芯、紧固组件和压力加载组件，紧固组件包括绝缘套管、高强度螺栓8、高强度弹簧6和紧固螺母7，压力加载组件包括顶盖2、压杆4和底座9，电堆堆芯10位于顶盖2和底座9之间，并通过其上方的两根顶盖压杆41和其下方的两根底座压杆42固定，上下方的顶盖压杆41和底座压杆42对应设置且通过其两端的高强度螺栓8贯穿固定连接，绝缘套管和高强度弹簧6均套设在高强度螺栓8上，高强度螺栓8底部通过用于调节高强度弹簧6长度的紧固螺母7固定，绝缘套管由设置在顶盖压杆41上方的上氧化铝陶瓷套管1和设置在底座压杆42下方的下氧化铝陶瓷套管5构成，压杆4采用不锈钢材料，压杆4两侧对称设置有两个便于高强度螺栓8贯穿的穿孔，且穿孔直径比高强度螺栓8直径大2mm，绝缘套管和压杆4两侧穿孔同轴，压杆4上设置有与顶盖2和底座9上的卡槽相契合的卡口，高强度弹簧6长度为50~100mm。

该加压装置包括电堆堆芯、紧固组件和压力加载组件，紧固组件包括高温强度钢制备的高强度螺栓8，两段耐高温的氧化铝陶瓷套管，常温钢制高强度弹簧6和紧固螺母7，紧固螺母7的紧固力通过高强度弹簧6传输给氧化铝陶瓷套管，压力加载组件包括高温强度钢制备的带卡口的压杆4、与压杆4卡口相配合的带卡槽的顶盖2和底座9，卡口与卡槽配合可防止压杆4和顶盖2、底座9间的相对滑动，紧固力通过氧化铝陶瓷套管传递给压杆4，在四条压杆4的作用下，压力均匀分布在电堆顶盖2和底座9上。该固体氧化物燃料电池电堆加压装置可以通过调节下氧化铝陶瓷套管5的的长度，保证高强度弹簧6和紧固螺母7位于热箱11之外，防止弹簧弹性失效，此外，无需考虑装置各配件间的热膨胀系数适配，即使压力在电堆运行过程中失效也可通过紧固螺母7重新调节压力，两段陶瓷套管的设计可防止顶盖2和底座9之间的短路。

高强度螺栓8由310S不锈钢材料构成，其直径小于压杆4上的穿孔2mm，其长度可根据陶瓷套管和弹簧长度调整，耐高温的氧化铝陶瓷套管分为上氧化铝陶瓷套管1和下氧化铝陶瓷套管5，陶瓷套管壁厚需抵抗足够压力，上陶瓷套管高度需尽量小，保证绝缘即可，下陶瓷套管长度需保证弹簧处于测试热区之外，陶瓷套管内径大于螺栓公称直径2mm，保证螺栓贯穿，弹簧采用常温高强度不锈钢构成，如60Si2MnA、4Cr13等，其长度不宜过长，50~100mm即可，紧固螺母采用310S不锈钢材料构成，与螺栓配套，压杆4由高温强度的310S不锈钢材料构成，两侧对称加工有两个穿孔，穿孔直径大于螺栓直径2mm，保证螺栓和压杆4之间的绝缘，螺栓上加工有卡口，与顶盖2和底座9上的卡槽相对应，防止压杆4滑动，顶盖2和底座9采用和固体氧化物燃料电池材料热膨胀系数接近的SUS430不锈钢材料构成，顶盖2和底座9各加工有四个卡槽用于压杆4的固定。电堆堆芯10位于顶盖2和底座9之间，由单电池和连接体依次堆垛而成，单电池和连接体之间有密封材料来隔绝氧化气和燃料，电堆四侧分别有四个气流腔3，分别为氧化气进口气流腔、氧化气出口气流腔、燃料进口气流腔和燃料出口气流腔。

相应的固体氧化物燃料电池电堆加压装置地装配流程包括：预先搭建一个装配平台，该平台包括两个一定高度地平台，平台高度大于螺栓长度，平台间的间隙大于底座9两个卡槽外侧边缘地宽度，小于电堆顶盖2的宽度，平台上设置固定装置，防止电堆滑动；在装配平台上放置装配好的电堆，将个压杆4分别安装在电堆顶盖2对应位置，卡口和卡槽需卡紧；将四个螺栓依次穿过四个上陶瓷套管和顶盖压杆41上的四个穿孔；将两个底座压杆42依次穿过相对应的螺杆；将四个弹簧、陶瓷套管一次穿过四个螺杆；依次分阶段拧紧四个紧固螺母7完成紧固组件的安装，此过程需依靠数字扭力扳手，保证每个螺母的紧固力相同。

以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。