CN211425779U

CN211425779U - 一种氢燃料电池膜电极组件的缺陷检测设备

Info

Publication number: CN211425779U
Application number: CN201921937642.9U
Authority: CN
Inventors: 张永涛; 张良
Original assignee: Shenzhen Second Intelligent Equipment Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Second Intelligent Equipment Co Ltd
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2020-09-04
Anticipated expiration: 2029-11-11

Abstract

本实用新型提供了一种氢燃料电池膜电极组件的缺陷检测设备。本实用新型的MEA缺陷检测设备，在检测时，于MEA的顶面形成封闭的上方空腔，于MEA的底面形成封闭的下方空腔，能真实的模拟出MEA的工作环境，进而有效地检测出MEA的气密性能(即是否存在缺陷)。可见，本实用新型的MEA缺陷检测设备实现了MEA缺陷的自动化检测，有利于MEA批量化检测。同时，本实用新型的缺陷检测工序简单，操作方便，检测效率高。

Description

一种氢燃料电池膜电极组件的缺陷检测设备

技术领域

本实用新型属于氢燃料电池膜电极组件生产技术领域，尤其涉及一种氢燃料电池膜电极组件的缺陷检测设备。

背景技术

燃料电池是很有发展前途的新动力电源，一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料，作为负极，用空气中的氧作为正极。其和一般电池的主要区别在于一般电池的活性物质是预先放在电池内部的，因而电池容量取决于贮存的活性物质的量；而燃料电池的活性物质(燃料和氧化剂)是在反应的同时源源不断地输入，因此，这类电池实际上只是一个能量转换装置。这类电池具有转换效率高、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等优点。

膜电极组件(MEA)是氢燃料电池最重要的部件之一，它是燃料电池芯片(CCM)、气体扩散层(GDL)等部分组成，它的工作原理是通过阴、阳极的电催化作用和质子交换膜的质子传导性，使位于电极两侧的氢气和氧气发生电化学反应，产生电能。其中，燃料电池芯片(CCM，catalyst coated membrane)是将燃料电池催化剂涂敷在质子交换膜两侧制备的催化剂/质子交换膜组件。而气体扩散层(GDL，Gas Diffusion Layer)是燃料电池之关键组件，通常由碳纸或者碳布组成，主要起到传质，导电，传热，支持催化层，导水的作用，同时，气体扩散层扮演着将氢气/氧气或者空气扩散至触媒层反应的媒介，因此必须为多孔性透气材料。

加工后的MEA的气密性能决定燃料电池堆的性能及寿命。如电池堆中MEA有渗气情况发生，在长时间工作后，渗气情况会逐渐恶化从而严重影响电池堆的性能，因此对MEA的气密性检测，筛除掉有缺陷的MEA(即存在渗气问题的MEA)，对后续的燃料电池生产十分重要。

目前，还没有专门用于MEA气密性检测的自动化设备，为了使MEA实现自动化检测，提高检测效率，有必要研发一种氢燃料电池膜电极组件的缺陷检测设备。

实用新型内容

本实用新型的目的在于给MEA提供氢燃料电池膜电极组件的缺陷检测设备，以用于MEA气密性能的自动化检测，提高检测效率。

为解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的，一种氢燃料电池膜电极组件的缺陷检测设备，其包括压合机构、用于充入检测气体的充气管路以及用于检测气压大小的气压检测表；所述压合机构包括上压合板、上密封圈、压合底板、下密封圈以及压合动力源；

所述上压合板与所述压合动力源的动力输出端传动连接，所述上压合板位于所述压合底板的正上方，所述上密封圈安装在所述压合底板的底面上，所述下密封圈安装在所述压合底板的顶面上；

当所述压合动力源驱动所述上压合板下压到最低点时，所述上压合板与上密封圈共同构成封闭MEA的上方空腔，所述压合底板与下密封圈共同构成封闭MEA的下方空腔；

所述充气管路包括用于通入检测气体的进气口、用于供检测气体流通的通气管道以及用于排出检测气体的排气口；所述充气管路的进气口通过所述通气管道接入所述上方空腔或下方空腔，所述气压检测表也接入所述充气管路的通气管道中，往所述充气管路的进气口通入一定气压的检测气体后，观测所述气压检测表在某一段时间内的数值变化来检测MEA的渗气情况。

进一步的，所述充气管路还包括第一阀门以及第二阀门；所述进气口、第一阀门、气压检测表以及第二阀门依次通过所述通气管道连接；所述上方空腔或下方空腔接入第一阀门与气压检测表之间的通气管道。

进一步的，所述缺陷检测设备还包括用于调节气体压力大小的调压阀；所述调压阀设置于进气口与第一阀门之间。

进一步的，所述上压合板内设有用于供检测气体流通的通气道，所述通气道的入口与所述通气管道连接，其出口与所述上方空腔连通。

进一步的，所述压合机构还包括连接顶板、导向筒以及导杆，所述压合动力源为伸缩气缸，所述伸缩气缸安装于所述连接顶板的顶面上，所述导杆安装于所述压合底板与连接顶板之间，所述导向筒固定在所述上压合板的顶面上，所述导杆穿过所述上压合板以及导向筒。

进一步的，所述缺陷检测设备还包括控制器，所述控制器与所述第一阀门、所述第二阀门、所述压合动力源三者电连接。

进一步的，所述缺陷检测设备还包括机台以及机械式防护结构；所述机械式防护结构包括防护竖杆和防护驱动气缸，所述防护驱动气缸设置于所述机台上，所述防护驱动气缸与所述控制器电连接，所述防护竖杆连接于所述防护驱动气缸的驱动端上；所述防护驱动气缸能驱动所述防护竖杆进入或离开上压合板正下方的空间。

进一步的，所述缺陷检测设备还包括外罩，所述外罩罩住所述压合机构和所述防护结构，且所述外罩设有取放门框，所述取放门框上设有安全光栅，所述安全光栅与所述控制器电连接。

进一步的，所述缺陷检测设备还包括用于显示伸缩气缸施加压力大小的压力数显表以及调节伸缩气缸施加压力大小的伸缩气缸调压阀；所述气压检测表、压力数显表以及伸缩气缸调压阀均安装在所述外罩上；所述上压合板与伸缩气缸活塞杆端部之间还设置有伸缩气缸压力传感器，所述伸缩气缸压力传感器与所述压力数显表电连接。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：

本实用新型的MEA缺陷检测设备，在检测时，于MEA的顶面形成封闭的上方空腔，于MEA的底面形成封闭的下方空腔，能真实的模拟出MEA的工作环境，进而有效地检测出MEA的气密性能(即是否存在缺陷)。可见，本实用新型的MEA缺陷检测设备实现了MEA缺陷的自动化检测，有利于MEA批量化检测。同时，本实用新型的缺陷检测方法工序简单，操作方便，检测效率高。

附图说明

图1是本实用新型实施例的一种氢燃料电池膜电极组件的缺陷检测设备的立体结构示意图；

图2是图1所示缺陷检测设备的内部结构示意图；

图3是图1所示缺陷检测设备中的压合机构的结构示意图；

图4是图1所示缺陷检测设备的气路布置结构简图；

图5是应用本实施例的缺陷检测设备对MEA进行缺陷检测的流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参见图1至图4，示出了本实用新型提供的一较佳实施例，一种氢燃料电池膜电极组件的缺陷检测设备，其包括压合机构、用于充入检测气体的充气管路以及用于检测气压大小的气压检测表1。压合机构包括上压合板2、上密封圈3、压合底板4、下密封圈5以及压合动力源。于本实施例中，压合动力源为伸缩气缸6，当然，在实际应用中还可以是电动气缸等能实现伸缩运动的机构。

上压合板2与伸缩气缸6的动力输出端传动连接，上压合板2位于压合底板4的正上方，上密封圈3安装在压合底板4的底面上，下密封圈5安装在压合底板4的顶面上。

当伸缩气缸6驱动上压合板2下压到最低点时，上压合板2与上密封圈3共同构成封闭MEA的上方空腔，压合底板4与下密封圈5共同构成封闭MEA的下方空腔；

充气管路包括用于通入检测气体的进气口71、用于供检测气体流通的通气管道72以及用于排出检测气体的排气口73；充气管路的进气口71通过通气管道72接入上方空腔或下方空腔。气压检测表1也接入充气管路的通气管道72中，往充气管路的进气口71通入一定气压的检测气体后，观测气压检测表在某一段时间内的数值变化来检测MEA的渗气情况。

充气管路还包括第一阀门74以及第二阀门75；进气口71、第一阀门74、气压检测表1以及第二阀门75依次通过通气管道72连接。上方空腔或下方空腔接入第一阀门74与气压检测表1之间的通气管道72。

于本实施例中，上压合板2内设有用于供检测气体流通的通气道，通气道的入口与通气管道72连接，其出口与上方空腔连通。

压合机构还包括连接顶板81、导向筒82以及导杆83，伸缩气缸6安装于连接顶板81的顶面上，导杆83安装于压合底板4与连接顶板81之间，导向筒82固定在上压合板2的顶面上，导杆83穿过上压合板2以及导向筒82。

缺陷检测设备还包括控制器(该控制器可以采用现有技术中技术成熟且广泛使用的工业用PLC、工业控制微机、MCU控制处理器等等)、用于调节气体压力大小的调压阀9、机台10、机械式防护结构、外罩20、用于显示伸缩气缸6施加压力大小的压力数显表30以及调节伸缩气缸6施加压力大小的伸缩气缸调压阀40。控制器与第一阀门74、第二阀门75、伸缩气缸6三者电连接。调压阀9设置于进气口71与第一阀门74之间。

机械式防护结构包括防护竖杆50和防护驱动气缸60，防护驱动气缸60设置于机台10上，防护驱动气缸60与控制器电连接，防护竖杆50连接于防护驱动气缸60的驱动端上；防护驱动气缸60能驱动防护竖杆50进入或离开上压合板2正下方的空间。

外罩20罩住压合机构和防护结构，且外罩20设有取放门框，取放门框上设有安全光栅201，安全光栅201与控制器电连接。

在启动伸缩气缸6将上压合板2向上拉起的时候，工作人员将待检测的MEA放置于压合底板4上，为了防止此时发生误操作而导致上压合板2下压而伤害到工作人员。此时，防护竖杆50位于压合底板4和上压合板2之间，这样，即使上压合板2下压也会被防护竖杆50支撑住，从而绝对性地保护工作人员的安全。在启动伸缩气缸6带动上压合板2下压之前，启动防护驱动气缸60将防护竖杆50从压合底板4与上压合板2之间的空间移出，然后再启动伸缩气缸6带动上压合板2下压。

另一方面，工作人员手动地将待检测的MEA放置于压合底板4上时，安全光栅201能检测到取放门框处工作人员的手在取放门框处出入，此时，安全光栅201给控制器发送检测到取放门框处有工作人员的手出入的信息，控制器则控制防护驱动气缸60驱动防护竖杆50活动，保证防护竖杆50位于压合底板4和上压合板2之间的空间。可见，本实施例通过机械式防护结构以及安全光栅201，实现了双层保护。

气压检测表1、压力数显表30以及伸缩气缸调压阀40均安装在外罩20上。从而方便工作人员在在设备外面观测。上压合板2与伸缩气缸6活塞杆端部之间还设置有伸缩气缸压力传感器90，伸缩气缸压力传感器90与压力数显表40电连接，通过压力数显表40的读数可以了解所施加的压力，以避免压坏MEA以及压合机构中的部件。

请参见图5，应用上述缺陷检测设备检测MEA缺陷的步骤如下：

将MEA放置在下密封圈5上；

启动伸缩气缸6，驱动上压合板2向下运动至最低点，使得上密封圈3压紧MEA的顶面，MEA的底面压紧下密封圈5；

通过充气管路向MEA的上方空腔或下方空腔通入一定气压的检测气体，并读取此时气压检测表1的第一气压值；

保压一段时间后，再读取气压检测表1的第二气压值；

通过对比第一气压值与第二气压值，即可获得MEA的渗气情况，当两者的差值超过某一设定的数值时，则判断被检测的MEA存在缺陷，当两者的差值在小于或等于某一设定的数值时，则判断被检测的MEA无缺陷。

本实施例的MEA缺陷检测设备，在检测时，于MEA的顶面形成封闭的上方空腔，于MEA的底面形成封闭的下方空腔，能真实的模拟出MEA的工作环境，进而有效地检测出MEA的气密性能(即是否存在缺陷)。

可见，本实施例的MEA缺陷检测设备实现了MEA缺陷的自动化检测，有利于MEA批量化检测。同时，本实施例的缺陷检测方法工序简单，操作方便，检测效率高。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种氢燃料电池膜电极组件的缺陷检测设备，其特征在于，包括压合机构、用于充入检测气体的充气管路以及用于检测气压大小的气压检测表；所述压合机构包括上压合板、上密封圈、压合底板、下密封圈以及压合动力源；

2.如权利要求1所述的缺陷检测设备，其特征在于，所述充气管路还包括第一阀门以及第二阀门；所述进气口、第一阀门、气压检测表以及第二阀门依次通过所述通气管道连接；所述上方空腔或下方空腔接入第一阀门与气压检测表之间的通气管道。

3.如权利要求2所述的缺陷检测设备，其特征在于，所述缺陷检测设备还包括用于调节气体压力大小的调压阀；所述调压阀设置于进气口与第一阀门之间。

4.如权利要求2所述的缺陷检测设备，其特征在于，所述上压合板内设有用于供检测气体流通的通气道，所述通气道的入口与所述通气管道连接，其出口与所述上方空腔连通。

5.如权利要求2所述的缺陷检测设备，其特征在于，所述压合机构还包括连接顶板、导向筒以及导杆，所述压合动力源为伸缩气缸，所述伸缩气缸安装于所述连接顶板的顶面上，所述导杆安装于所述压合底板与连接顶板之间，所述导向筒固定在所述上压合板的顶面上，所述导杆穿过所述上压合板以及导向筒。

6.如权利要求5所述的缺陷检测设备，其特征在于，所述缺陷检测设备还包括控制器，所述控制器与所述第一阀门、所述第二阀门、所述压合动力源三者电连接。

7.如权利要求6所述的缺陷检测设备，其特征在于，所述缺陷检测设备还包括机台以及机械式防护结构；所述机械式防护结构包括防护竖杆和防护驱动气缸，所述防护驱动气缸设置于所述机台上，所述防护驱动气缸与所述控制器电连接，所述防护竖杆连接于所述防护驱动气缸的驱动端上；所述防护驱动气缸能驱动所述防护竖杆进入或离开上压合板正下方的空间。

8.如权利要求7所述的缺陷检测设备，其特征在于，所述缺陷检测设备还包括外罩，所述外罩罩住所述压合机构和所述防护结构，且所述外罩设有取放门框，所述取放门框上设有安全光栅，所述安全光栅与所述控制器电连接。

9.如权利要求8所述的缺陷检测设备，其特征在于，所述缺陷检测设备还包括用于显示伸缩气缸施加压力大小的压力数显表以及调节伸缩气缸施加压力大小的伸缩气缸调压阀；所述气压检测表、压力数显表以及伸缩气缸调压阀均安装在所述外罩上；所述上压合板与伸缩气缸活塞杆端部之间还设置有伸缩气缸压力传感器，所述伸缩气缸压力传感器与所述压力数显表电连接。