CN107991030A - 燃料电池膜电极串漏检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃料电池膜电极串漏检测装置，包括第一分隔器、催化层、第二分隔器、被测物、供气单元和热成像仪，被测物放置在供气单元上，第二分隔器放置在被测物上，催化层放置在第二分隔器上，第一分隔器放置在催化层上，热成像仪位于第一分隔器上方，在第二分隔器中注入隔离流体，保证隔离流体到达第二分隔器的上边缘，检测时，如果被测物发生串漏，氢气经通气单元通过被测物的泄露点进入第二分隔器并达到催化层，氢气在催化层催化燃烧产生的气体被限制在第一分隔器的分割区域内且能够被热成像仪捕捉到，从而实现泄露点定位和检测，这种装置的优点在于定位准确，检测结果直观。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测装置，具体而言，涉及一种燃料电池膜电极串漏检测装置。
背景技术
燃料电池是一种将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置，具有发电效率高，环境污染小等优点。膜电极是燃料电池的核心部件，直接影响电池输出性能和反应效率。由于燃料电池的反应原理是电化学反应，膜电极漏气即使在串漏量很低的条件下也能严重影响燃料电池的寿命甚至性能，因此，在燃料电池开发、生产维护诊断过程中，膜电极的漏气检测是至关重要的一个部分,同时，由于燃料电池膜电极的面积一般较串漏点大很多，定位串漏点的位置对膜电极以及燃料电池电堆的诊断非常重要。
现有的膜电极串漏检测技术一般采用气压差检测方法，例如专利CN100504331C提供了可以一种检测膜电极串漏的单侧真空检测方法，CN104006925B的检测原理与CN100504331C类似，但可以同时检测多个膜电极的串漏，这两种方法的缺点均是定位不准确，无法确定发生串漏的具体位置。
专利CN201156005Y提供了一种能够标记出膜电极的泄露点位置的物理检测方法，这种方法的缺点是检测设备十分复杂。
专利CN202471354U提供了一种通过检测膜电极表面渗漏出的氢气产生的反应热定位泄露点位置的红外检测方法，但在测试膜电极时，因为膜电极的扩散层导热能力太强，会严重干扰热分布，因此，这种方法仅适用于没有扩散层的催化剂涂覆膜。
专利CN101135599A提供了一种根据膜电极的导电特性判断膜电极是否已经出现穿孔的检测方法，但是，因为这种方法判断的前提的是测试膜电极是否导通，而膜电极串漏一般并不会导致膜电极两侧的导电体接触，所以这种方法无法检测出未造成膜电极导通的渗漏点。
综上所述，需要提供一种燃料电池膜电极串漏检测装置，其能够克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明旨在提供一种燃料电池膜电极串漏检测装置，其能够克服现有技术的缺陷。本发明的发明目的通过以下技术方案得以实现。
本发明的一个实施方式提供了一种燃料电池膜电极串漏检测装置,其中所述燃料电池膜电极串漏检测装置包括第一分隔器、催化层、第二分隔器、被测物、供气单元和热成像仪，被测物放置在供气单元上，第二分隔器放置在被测物上，催化层放置在第二分隔器上，第一分隔器放置在催化层上，热成像仪位于第一分隔器上方，在第二分隔器中注入隔离流体，保证隔离流体到达第二分隔器的上边缘，检测时，如果被测物发生串漏，氢气经通气单元通过被测物的泄露点进入第二分隔器并达到催化层，氢气通过催化层进入在第一分隔器并与氧气发生催化燃烧，热成像仪检测催化燃烧产生的温度。
根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池膜电极串漏检测装置，其中所述第一分隔器包括多个隔板和多个隔间，多个隔间由多个隔板形成，隔间用于限制催化燃烧所产生热量因气体的流动而逸散。
根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池膜电极串漏检测装置，其中所述第一分隔器使用透明材料制成，所述透明材料包括玻璃、亚克力以及PVC。
根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池膜电极串漏检测装置，其中所述催化层包括载体和催化剂，催化剂附着在载体上，催化层夹在第一分隔器和第二分隔器中间，载体用于阻碍空气中氧气因对流作用进入第二分隔器，催化剂用于使氢气和氧气产生催化燃烧。
根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池膜电极串漏检测装置，其中所述催化层还包括粘结材料，粘结材料粘结载体并将载体分隔成与第一分隔器和第二分隔器的隔间相对应的区块，粘接材料用于限制催化反应的范围。
根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池膜电极串漏检测装置，其中所述载体由堇晶石、烧结多空玻璃和烧结陶瓷中的一种材料制成。
根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池膜电极串漏检测装置，其中所述载体使用的材料的孔隙率不低于50目。
根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池膜电极串漏检测装置，其中所述催化剂为Pt、Pt合金、Pt/C、碳载体的Pt合金、Ru、Ru合金中的一种。
根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池膜电极串漏检测装置，其中所述粘接材料是不透气且隔热的材料。
根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池膜电极串漏检测装置，其中所述第二分隔器包括多个隔板和多个隔间，多个隔间由多个隔板形成，隔间用于限制氢气在第二分隔器中逸散。
根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池膜电极串漏检测装置，其中所述第二分隔器由透明材料制成，所述透明材料包括玻璃、亚克力以及PVC。
根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池膜电极串漏检测装置，其中所述第二分隔器中注入的隔离流体是密度大于空气密度的不活泼气体，隔离流体用于使泄露的氢气上升至催化层并隔离被测物和在催化层发生催化燃烧。
根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池膜电极串漏检测装置，其中所述供气单元包括腔体、网孔板和进气管,进气管连接到腔体的底部，网孔板覆盖在腔体上方，供气单元与被测物的接触面为网孔板，氢气通过进气口通入腔体，经网孔板到达膜电极表面。
根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池膜电极串漏检测装置，其中供气单元所通入的氢气压力由膜电极特性以及检测需求决定。
根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池膜电极串漏检测装置，其中所述被测物如果发生串漏，氢气从进气管进入腔体并通过网孔板与被测物接触，氢气通过被测物上的泄露点进入第二分隔器的隔间并上升至催化层，氢气在载体中催化剂的作用下在粘结材料划分的区块中与氧气发生催化燃烧，催化燃烧产生的气体进入第一分隔器的隔间，热成像仪检测第一分隔器的隔间中的气体的温度。
该燃料电池膜电极串漏检测装置的优点在于：定位准确，采用分隔器可以方便描述和定位串漏点；可以同时用于催化剂涂覆膜和膜电极测试；不受外界环境气体流动、热量干扰影响；不会因为测试过程产生的热导致膜电极状态改变；检测速度快，膜电极进入设备后即可检测，由于采用红外热量成像，结果非常直观；无损，红外测试为非接触式，在测试过程中，膜电极不会因为测试而导致扩散损伤，或者造成损伤。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池膜电极串漏检测装置的立体图。
图2示出了如图1所示的根据本发明一个实施方式的燃料电池膜电极串漏检测装置中的催化层。
图3示出了如图1所示的根据本发明一个实施方式的燃料电池膜电极串漏检测装置中的供气单元。
图4示出了如图1所示的根据本发明一个实施方式的燃料电池膜电极串漏检测装置的剖面图。
具体实施方式
图1-4和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
图1示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池膜电极串漏检测装置的立体图。如图1所示，根据本发明一个实施方式的燃料电池膜电极串漏检测装置包括第一分隔器1、催化层2、第二分隔器3、被测物4、供气单元5和热成像仪6。被测物4放置在供气单元5上，第二分隔器3放置在被测物4上，催化层2放置在第二分隔器3上，第一分隔器1放置在催化层2上，热成像仪6位于第一分隔器1上方，在第二分隔器3中注入隔离流体，保证隔离流体到达第二分隔器3的上边缘。检测时，如果被测物4发生串漏，氢气经通气单元5通过被测物4的泄露点进入第二分隔器3并达到催化层2，氢气通过催化层2进入第一分隔器1并发生催化燃烧，催化燃烧产生的气体被限制在第一分隔器1的内且能够被热成像仪6捕捉到，从而实现泄露点检测和定位。
第一分隔器1包含隔板1A和隔间1B，第二分隔器3包含隔板3A和隔间3B，如图中所示，第一分隔器1和第二分隔器3分别包含9个隔间3B，分隔器使用透明材料构成，包括但不限于玻璃、亚克力、PVC，第一分隔器1用于限制催化燃烧所产生气体的逸散，第二分隔器3用于隔离被测物4和在催化层2发生催化燃烧。第一分隔器1和第二分隔器3的总长宽由被测物4决定，分隔器边缘应与膜电极的边框接触，以保证所有有效活性面积均在监测范围内，隔间的大小由被测物4的尺寸以及定位精度决定。第二分隔器3与被测被测物4接触的下端镶有硅胶层或者硅胶镀层以保证在使用过程中不损伤被测物4。第二分隔器3中注入的隔离流体应为密度远大于空气密度的不活泼气体，包括但不限于二氧化碳、氙、氡。
图2示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池膜电极串漏检测装置中的催化层。如图2所示，催化层2包括载体2A和粘结材料2B，粘结材料2B将载体2A分割成与第一分隔器1和第二分隔器3的隔间相同尺寸的区块。催化层2夹在第一分隔器1和第二分隔器3中间。载体2A中的催化剂,包括但不限于Pt、Pt合金、Ru、Ru合金,可以使氢气与氧气在常温下发生催化燃烧反应,载体2A具有较好的透气性，通过气体浓度扩散，载体2A能够在催化剂的作用下完成的催化燃烧过程，同时载体2A能够阻碍空气中氧气因对流作用进入第二分隔器3，载体2A应使用对热传导能力较弱的材料，包括但不限于堇晶石、烧结多空玻璃、烧结陶瓷，载体2A的孔隙率应不低于50目。粘接材料2B能够限制催化反应的范围，粘接材料2B应使用具有良好的强度、不透气性和绝热特性的材料，包括但不限于硅胶、丙烯酸类粘接剂、有机塑料。
图3示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池膜电极串漏检测装置中的供气单元。如图3所示，供气单元5包括腔体5A、网孔板5B和进气管5C。进气管5C连接到腔体5A的底部，网孔板5B覆盖在腔体上方。供气单元5与被测物4的接触面为网孔板5B，当氢气通过进气口5C通入腔体5A时，可以经网孔板5B到达膜电极表面，供气单元5所通入的氢气压力由膜电极特性以及检测需求决定，一般为50-100Kpa。
图4示出了如图1所示的根据本发明一个实施方式的燃料电池膜电极串漏检测装置的剖面图。如图4所示，检测时，如果被测物4发生串漏，氢气从进气管5C进入腔体5A并通过网孔板5B与被测物4接触，氢气通过被测物4上的泄露点进入第二分隔器3中隔间3B并上升至催化层2，氢气在载体2A中催化剂的作用下在粘结材料2B划分的区块中与氧气发生催化燃烧，催化燃烧产生的气体被限制在第一分隔器1的隔间1B内，热成像仪6捕捉到第一分隔器1的隔间中的气体的热量，从而实现泄露点检测和定位。
该燃料电池膜电极串漏检测装置的优点在于：定位准确，采用分隔器可以方便描述和定位串漏点；可以同时用于催化剂涂覆膜和膜电极测试；不受外界环境气体流动、热量干扰影响；不会因为测试过程产生的热导致膜电极状态改变；检测速度快，膜电极进入设备后即可检测，由于采用红外热量成像，结果非常直观；无损，红外测试为非接触式，在测试过程中，膜电极不会因为测试而导致扩散损伤，或者造成损伤。
当然应意识到，虽然通过本发明的示例已经进行了前面的描述，但是对本发明做出的将对本领域的技术人员显而易见的这样和其他的改进及改变应认为落入如本文提出的本发明宽广范围内。因此，尽管本发明已经参照了优选的实施方式进行描述，但是，其意并不是使具新颖性的设备由此而受到限制，相反，其旨在包括符合上述公开部分、权利要求的广阔范围之内的各种改进和等同修改。
Claims (15)
1.一种燃料电池膜电极串漏检测装置，其特征在于，所述燃料电池膜电极串漏检测装置包括第一分隔器、催化层、第二分隔器、被测物、供气单元和热成像仪，被测物放置在供气单元上，第二分隔器放置在被测物上，催化层放置在第二分隔器上，第一分隔器放置在催化层上，热成像仪位于第一分隔器上方，在第二分隔器中注入隔离流体，保证隔离流体到达第二分隔器的上边缘，检测时，如果被测物发生串漏，氢气经通气单元通过被测物的泄露点进入第二分隔器并达到催化层，氢气通过催化层进入在第一分隔器并与氧气发生催化燃烧，热成像仪检测催化燃烧产生的温度。
2.如权利要求1所述的燃料电池膜电极串漏检测装置，其特征在于，所述第一分隔器包括多个隔板和多个隔间，多个隔间由多个隔板形成，隔间用于限制催化燃烧所产生热量因气体的流动而逸散。
3.如权利要求2所述的燃料电池膜电极串漏检测装置，其特征在于，所述第一分隔器使用透明材料制成，所述透明材料包括玻璃、亚克力以及PVC。
4.如权利要求2所述的燃料电池膜电极串漏检测装置，其特征在于，所述催化层包括载体和催化剂，催化剂附着在载体上，催化层夹在第一分隔器和第二分隔器中间，载体用于阻碍空气中氧气因对流作用进入第二分隔器，催化剂用于使氢气和氧气产生催化燃烧。
5.如权利要求4所述的燃料电池膜电极串漏检测装置，其特征在于，所述催化层还包括粘结材料，粘结材料粘结载体并将载体分隔成与第一分隔器和第二分隔器的隔间相对应的区块，粘接材料用于限制催化反应的范围。
6.如权利要求4所述的燃料电池膜电极串漏检测装置，其特征在于，所述载体由堇晶石、烧结多空玻璃和烧结陶瓷中的一种材料制成。
7.如权利要求6所述的燃料电池膜电极串漏检测装置，其特征在于，所述载体使用的材料的孔隙率不低于50目。
8.如权利要求4所述的燃料电池膜电极串漏检测装置，其特征在于，所述催化剂为Pt、Pt合金、Pt/C、碳载体的Pt合金、Ru、Ru合金中的一种。
9.如权利要求5所述的燃料电池膜电极串漏检测装置，其特征在于，所述粘接材料是不透气且隔热的材料。
10.如权利要求4所述的燃料电池膜电极串漏检测装置，其特征在于，所述第二分隔器包括多个隔板和多个隔间，多个隔间由多个隔板形成，隔间用于限制氢气在第二分隔器中逸散。
11.如权利要求10所述的燃料电池膜电极串漏检测装置，其特征在于，所述第二分隔器由透明材料制成，所述透明材料包括玻璃、亚克力以及PVC。
12.如权利要求1所述的燃料电池膜电极串漏检测装置，其特征在于，所述第二分隔器中注入的隔离流体是密度大于空气密度的不活泼气体，隔离流体用于使泄露的氢气上升至催化层并隔离被测物和在催化层发生催化燃烧。
13.如权利要求10所述的燃料电池膜电极串漏检测装置，其特征在于，所述供气单元包括腔体、网孔板和进气管,进气管连接到腔体的底部，网孔板覆盖在腔体上方，供气单元与被测物的接触面为网孔板，氢气通过进气口通入腔体，经网孔板到达膜电极表面。
14.如权利要求13所述的燃料电池膜电极串漏检测装置，其特征在于，供气单元所通入的氢气压力由膜电极特性以及检测需求决定。
15.如权利要求14所述的燃料电池膜电极串漏检测装置，其特征在于，所述被测物如果发生串漏，氢气从进气管进入腔体并通过网孔板与被测物接触，氢气通过被测物上的泄露点进入第二分隔器的隔间并上升至催化层，氢气在载体中催化剂的作用下在粘结材料划分的区块中与氧气发生催化燃烧，催化燃烧产生的气体进入第一分隔器的隔间，热成像仪检测第一分隔器的隔间中的气体的温度。
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