[发明专利]一种紧固装置及其使用方法、应用

说明书

本发明涉及一种紧固装置及其使用方法、应用。该装置主要包括安装座、夹紧机构、松紧调节件，其中安装座紧固在燃料电池电堆上，夹紧机构中由弹簧、弹球等组成的压制件固定在安装座内；夹紧机构的锁扣条一端固定在安装座上的沟槽处，另一端缠绕在燃料电池电堆表面后穿过安装座并被弹簧‑弹球锁紧，由此限制锁扣条的单向运动。转动松紧调节件的旋转手柄，带动旋转齿杆转动，进而带动多根齿条及与之固定连接的锁扣条同步直线运动，从而收紧燃料电池电堆。本发明提供的装置能够有效的束紧燃料电池电堆，并且锁扣条自由段上的刻度保证了施加于燃料电池电堆上的束紧力精准可调，避免出现束紧力过小或过大的问题，由此提高了燃料电池电堆的寿命。

技术领域

本发明涉及燃料电池及机械技术领域，具体涉及一种紧固装置及其使用方法、应用。

背景技术

随着化石燃料的使用，大量碳氧化物被排放到空气中，给全球气候带来了巨大的变化和影响。氢能作为一种二次能源，有着丰富的储量和广泛的来源，以氢为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有在较低工作温度下提供高电流密度、较快启动速度、零污染、长使用寿命等优点，广泛应用于热电联产、汽车工业和无人机(UAV)等领域。PEMFC有着极大的发展潜力，大力研究与推进PEMFC相关领域的核心技术可以有效缓解全球气候变暖、化石燃料危机等问题，对全球环境、经济、社会的发展都具有重大意义。

PEMFC单电池主要由双极板(BP)、阳极和阴极气体扩散层(GDL)、阳极和阴极催化层(CL)、质子交换膜(PEM)等零部件组成。其中BP由阳极单板和阴极单板焊接或胶粘而成，其为电堆的骨架，在电堆中起着支撑膜电极、提供反应气/冷却液通道、分隔氢气和空气等作用。GDL在PEMFC中主要起到支撑催化层、传导气体和排出反应产物水的作用。CL是氢气和氧气发生电化学反应产生电流的场所，是PEMFC的核心。PEM对电池性能起着关键作用，其不仅具有阻隔作用，还具有传导质子的作用。

在具体应用场景中，PEMFC通常以电堆的方式出现，每一个PEMFC电堆通常由若干个单电池串联而成。电堆的装配误差会随着每片单电池的组装以及电堆其他零部件的组装而增加，使得PEMFC电堆的总误差增加，进而降低电堆的性能。因此，设计良好的电堆封装工艺和设备很有必要，能够有效防止电堆性能衰减以及成本增加。

燃料电池在装配过程以及在多种应用场景中，由于行程颠簸以及燃料电池内部发生电化学反应而产生的内部应力，都可能导致燃料电池各个零部件之间产生间隙与错位，进一步增加了误差，使得燃料电池零部件的部分表面压力分配不均，从而影响燃料电池的接触电阻以及膜电极组件的扩散层压缩率，最终导致燃料电池性能下降甚至出现破损和泄露等现象，产生不必要的安全隐患。目前通常采用绑带或者螺杆等锁紧装置将燃料电池的各个部件锁紧，形成质子交换膜燃料电池电堆，但在长期使用过程中，绑带会因颠簸或燃料电池内应力发生变形，导致燃料电池电堆出现松动的现象。因此，亟需设计一种燃料电池电堆紧固装置以便解决上述问题。

发明内容

本发明主要解决现有燃料电池电堆紧固装置普遍存在的变形、松动以及由此导致的接触阻抗增大、气体扩散层压缩率减小、电池内部传质传热较差、整体性能下降等问题。本发明通过全新的结构设计和不断改进优化，提供一种质子交换膜燃料电池电堆紧固装置，该装置具有结构简单、组装及调节方便、使用成本低、束紧可靠且持久等优点。为实现上述目标，本发明所采用的技术方案具体如下：

一种紧固装置，其主要包括夹紧机构2、松紧调节件3，所述夹紧机构2包括锁扣条21、压制件22，锁扣条21缠绕在被紧固物表面后与压制件22接触并被压紧，由此实现被紧固物的单向锁紧；所述松紧调节件3包括齿条31、旋转齿杆32，所述齿条31与锁扣条21固定连接，所述旋转齿杆32与齿条31垂直啮合并通过齿进行传动；转动旋转齿杆32带动齿条31直线运动，齿条31带动锁扣条21收紧并被压制件22锁住，由此实现被紧固物的长期可靠锁紧。

进一步的，所述锁扣条21、压制件22、齿条31的数量相同并且均为至少1组，优选为间隔一定距离平行排列的2-5组。