CN212254508U - 一种燃料电池膜电极气密性检测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种燃料电池膜电极气密性检测装置及系统，该装置用于对膜电极进行气密性试验，该装置包括固定设置的下压模块、上压模块和驱动机构，下压模块的两个侧壁上分别设有一个第一进气孔和一个第一进排气孔，且下压模块上设有用于检测内部压力的第一压力传感器，上压模块的两个侧壁上分别设有一个第二进气孔和一个第二进排气孔，且上压模块上设有用于检测压力的第二压力传感器；驱动机构与上压模块相连，驱动机构用于驱动上压模块向靠近和远离下压模块的方向上移动，并使上压模块和下压模块形成一可容纳膜电极的密封腔。本申请提供的燃料电池膜电极气密性检测装置，成本低，检测的准确度更高，且有效避免了气压冲击带来的测量误差。

Description

一种燃料电池膜电极气密性检测装置及系统

技术领域

本申请涉及膜电极检测技术领域，特别涉及一种燃料电池膜电极气密性检测装置及系统。

背景技术

燃料电池是通过膜电极MEA与双极板多层堆叠组装而成，MEA一侧为氢气，一侧为氧气，起到隔绝气体，交换质子的作用。若MEA发生漏气或破损，直接导致氢气与氧气混合，会引起爆炸的风险，因此在组装MEA之前，必须对每片MEA进行密封性检测，尤其随着燃料电池的发展，作为核心部件MEA的检测越来越重要，使得燃料电池膜电极气密性检测装置尤为重要。

相关技术中，燃料电池膜电极气密性检测装置通常是基于气相色谱仪检漏法、氦质普仪检漏法等。气相色谱仪检漏法和氦质普仪检漏法均是通过检测示踪气体从膜电极渗透到另一侧的气体量来测量膜电极的气密性。

然而，一方面，通过检测气体量的方式对装置的精度要求较高，上述气密性检测装置的精度不高，准确性差；另一方面，上述方法会使用到价格昂贵的气相色谱仪和氦质普仪，成本较高，不利于推广。

发明内容

本申请实施例提供一种燃料电池膜电极气密性检测装置及系统，以解决相关技术中检测准确度差、成本较高的技术问题。

第一方面，提供了一种燃料电池膜电极气密性检测装置，其用于对膜电极进行气密性试验，其包括：

固定设置的下压模块，其两个侧壁上分别设有一个第一进气孔和一个第一进排气孔，且所述下压模块上设有用于检测内部压力的第一压力传感器；

与所述下压模块配合设置的上压模块，其两个侧壁上分别设有一个第二进气孔和一个第二进排气孔，且所述上压模块上设有用于检测压力的第二压力传感器；

驱动机构，其与所述上压模块相连，所述驱动机构用于驱动所述上压模块向靠近和远离所述下压模块的方向上移动，并使所述上压模块和下压模块形成一可容纳所述膜电极的密封腔。

一些实施例中，所述下压模块和所述上压模块内均设有蛇形沟槽。

一些实施例中，所述下压模块上还设有用于检测内部温度的第一温度传感器，所述上压模块上还设有用于检测内部温度的第二温度传感器。

一些实施例中，所述装置还包括一密封垫片，所述下压模块和上压模块上均设有与所述密封垫片配合的密封槽。

一些实施例中，所述驱动机构为压紧气缸。

一些实施例中，所述装置还包括一架体，所述架体包括下机座和上机座，所述下压模块设于所述下机座上，所述驱动机构设于所述上机座上，且所述上压模块位于所述下机座和上机座之间。

一些实施例中，所述架体还包括四根立柱，所述上压模块套设于所述立柱上。

一些实施例中，所述上压模块通过耳板套设于所述立柱上。

第二方面，提供了一种燃料电池膜电极气密性检测系统，其包括：

上述燃料电池膜电极气密性检测装置；

两个进气阀，其分别与第一进气孔和第二进气孔相连；

两个排气阀，其分别与所述第一进排气孔和所述第二进排气孔相连；

真空泵，其一端与两个排气阀相连，另一端与大气连通。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：成本低，检测的准确度更高，且有效避免了气压冲击带来的测量误差。

本申请实施例提供了一种燃料电池膜电极气密性检测装置，一方面，采用气压测试法，通过第二压力传感器可以精确测量压力的微量变化，提高检测的准确度；另一方面，第一进排气孔、第二进排气孔、第一进气孔和第二进气孔均设于侧壁上，使得进气和出气方向与膜电极平行，通过此种设计，可以避免直冲膜电极，避免气压冲击带来的测量误差；再者，该气压测试法采用常规的压缩空气即可实现，无需采用特殊的气相色谱仪和氦质普仪，成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的燃料电池膜电极气密性检测装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的燃料电池膜电极气密性检测装置左侧的立体结构示意图；

图3为本申请实施例提供的燃料电池膜电极气密性检测装置右侧的立体结构示意图；

图4为本申请实施例提供的下压模块1的部分结构示意图；

图5为本申请实施例提供的燃料电池膜电极气密性检测装置的侧视图。

图中，A、膜电极； 1、下压模块；11、第一进排气孔；12、第一压力传感器；13、第一温度传感器；14、第一进气孔；2、上压模块；21、第二进气孔；22、第二进排气孔；23、第二压力传感器；24、第二温度传感器；25、耳板；3、进气阀；4、排气阀；5、驱动机构；6、密封垫片；7、密封槽；8、架体；81、下机座；82、上机座；83、立柱；9、真空泵。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1至图3所示，本申请实施例提供了一种燃料电池膜电极气密性检测装置，其用于对膜电极A进行气密性试验，其包括下压模块1、上压模块2和驱动机构5。

下压模块1固定设置，下压模块1的两个侧壁上分别设有一个第一进气孔14和一个第一进排气孔11，且所述下压模块1上设有用于检测内部压力的第一压力传感器12；

上压模块2与所述下压模块1配合设置，其两个侧壁上分别设有一个第二进气孔21和一个第二进排气孔22，且所述上压模块2上设有用于检测压力的第二压力传感器23；

驱动机构5，其与所述上压模块2相连，所述驱动机构5用于驱动所述上压模块2向靠近和远离所述下压模块1的方向上移动，并使所述上压模块2和下压模块1形成一可容纳所述膜电极A的密封腔。

本申请实施例的燃料电池膜电极气密性检测装置的工作原理为：

在使用时，将第一进排气孔11通过一个排气阀4与真空泵9连通，第二进排气孔22通过另一个排气阀4也与真空泵9连通，第二进气孔21和第一进气孔14与大气连通；

将待测的膜电极A放置在下压模块1上后，驱动机构5驱动上压模块2向下运动，直至上压模块2压紧在下压模块1上，形成一个密封腔，此时，膜电极A位于该密封腔内，且将该密封腔分为上下两个独立的腔室，分别为上腔室和下腔室；

关闭两个进气阀3，开启真空泵9，打开与下腔室相连的排气阀4，对下腔室进行抽气，观察第一压力传感器12的读数，使其稳定在预设的低压值P1，然后关闭与下腔室相连的排气阀4；

打开与上腔室相连的排气阀4，对上腔室进行抽气，观察第二压力传感器23的读数，使其稳定在预设的高压值P2，使高压值P2与低压值P1的差值为30KPa或50KPa，然后关闭与上腔室相连的排气阀4，关闭真空泵9；

待稳定后，同时开始计时，记录设定的时间t min后，第一压力传感器12的读数，得到在单位时间内第一压力传感器12的压力变化值，根据该压力变化值可以测试出气体从膜电极的一侧渗透到另一侧的情况，反映出膜电极的气密性，即完成膜电极气密性检测。

本申请实施例的燃料电池膜电极气密性检测装置，一方面，采用气压测试法，通过第二压力传感器23，可以精确测量压力的微量变化，提高检测的准确度；另一方面，第一进排气孔11、第二进排气孔22、第一进气孔14和第二进气孔21均设于侧壁上，使得进气和出气方向与膜电极平行，通过此种设计，可以避免直冲膜电极，避免气压冲击带来的测量误差；再者，该气压测试法采用常规的压缩空气即可实现，无需采用特殊的气相色谱仪和氦质普仪，成本较低。

更进一步地，在本申请实施例中，所述下压模块1上还设有用于检测内部温度的第一温度传感器13，所述上压模块2上还设有用于检测内部温度的第二温度传感器24。

本申请实施例的燃料电池膜电极气密性检测装置，在进行气密性检测时，计算膜电极串漏率时，除了考虑到压力的变化之外，还会考虑到内部温度，考虑因素更全面，使得计算膜电极串漏率的方法更加准确可靠，进而可以更加准确可靠地检测出膜电极的气密性。

参见图4所示，更进一步地，在本申请实施例中，所述下压模块1和所述上压模块2内均设有蛇形沟槽。

本申请实施例的蛇形沟槽设计，可有效增加气体流通通道长度，使得测试气体和大气可以充分混合，模拟的检测环境更加接近于真实的膜电极的应用环境，气密性检测效果更好。

更进一步地，在本申请实施例中，所述燃料电池膜电极气密性检测装置还包括一密封垫片6 ，所述下压模块1和上压模块2上均设有与所述密封垫片6配合的密封槽7。

本申请实施例的燃料电池膜电极气密性检测装置由于设置有密封垫片6，在使用时，将密封垫片6环绕套设于膜电极A的周围，当下压模块1和上压模块2压紧后，密封垫片6部分位于下压模块1的密封槽7内，部分位于上压模块2的密封槽7内，使得整个检测装置气密性更好，检测准确性更好。

参见图5所示，具体地，在本申请实施例中，所述驱动机构5为压紧气缸，结构简单。

更进一步地，在本申请实施例中，所述燃料电池膜电极气密性检测装置还包括一架体8，所述架体8包括下机座81和上机座82，所述下压模块1设于所述下机座81上，所述驱动机构5设于所述上机座82上，且所述上压模块2位于所述下机座81和上机座82之间。

对应地，压紧气缸的端盖固定在上机座82上，压紧气缸的活塞杆连接所述上压模块2的顶面，压紧气缸驱动所述上压模块2上下运动。

更进一步地，在本申请实施例中，所述架体8还包括四根立柱83，所述上压模块2套设于所述立柱83上，立柱83可以在上压模块2上下运动的过程中起到很好的导向作用，使得上压模块2和下压模块1更加容易压紧，装置结构稳固性更好。

更进一步地，在本申请实施例中，所述上压模块2通过耳板25套设于所述立柱83上。所述耳板25和上压模块2螺栓连接，通过耳板25可拆卸连接，结构连接更为方便。

参见图1所示，本申请实施例还提供了一种燃料电池膜电极气密性检测系统，其包括：上述燃料电池膜电极气密性检测装置、两个进气阀3、两个排气阀4和真空泵9。

两个进气阀3分别与第一进气孔14和第二进气孔21相连；两个排气阀4分别与所述第一进排气孔11和所述第二进排气孔22相连；真空泵9一端与两个排气阀4相连，另一端与大气连通。

本申请实施例中的燃料电池膜电极气密性检测系统的工作原理为：

在使用时，将待测的膜电极A放置在下压模块1上后，驱动机构5驱动上压模块2向下运动，直至上压模块2压紧在下压模块1上，形成一个密封腔，此时，膜电极A位于该密封腔内，且将该密封腔分为上下两个独立的腔室，分别为上腔室和下腔室；

关闭两个进气阀3，开启真空泵9，打开与下腔室相连的排气阀4，对下腔室进行抽气，观察第一压力传感器12的读数，使其稳定在预设的低压值P1，然后关闭与下腔室相连的排气阀4；

打开与上腔室相连的排气阀4，对上腔室进行抽气，观察第二压力传感器23的读数，使其稳定在预设的高压值P2，使高压值P2与低压值P1的差值为30KPa或50KPa，然后关闭与上腔室相连的排气阀4，关闭真空泵9；

待稳定后，同时开始计时，记录t min后，第一压力传感器12的读数，得到在单位时间内第一压力传感器12的压力变化值，即完成膜电极气密性检测；

完成膜电极气密性检测后，打开两个进气阀3，使上腔室和下腔室恢复到常压，避免突然打开上压模块2导致气压冲击膜电极造成损伤。

在本申请实施例中，根据膜电极串漏率（单位：L/(min.cm²))的定义：在一定压差下单位时间内气体从单位面积膜电极阳极向阴极的串漏流量Q（L/min）。

按照气体相关公式可以将膜电极两侧室内气体压力变化量转换成串漏流量，膜电极的有效面积A（cm²）可以根据膜电极的尺寸计算得到，因此串漏率就可以通过膜电极串漏流量除以其有效面积换算得到。

串漏流量Q的计算公式为：

Q=VΔP/(P0Δt)

式中，Q为串漏流量，单位L/min；V为测试腔容积即下腔室的容积，单位L；ΔP为测试时间t内第一压力传感器12的压力变化值，单位KPa；Δt为测试时间t，单位min；P0为下腔室内的大气压，单位KPa。

串漏率L的计算公式为：

L=Q/A

式中，L为串漏率，单位L/(min.cm²)；Q为串漏流量，单位L/min;A为膜电极的有效面积A，单位cm²。

在本申请实施例中，基于本申请的燃料电池膜电极气密性检测系统，由于设置了真空泵9，通过上述串漏流量Q和串漏率L的计算公式，即可计算出串漏率，对第一压力传感器12和第二压力传感器23的精度要求并不高，使得该检测系统成本较低。

本申请实施例的燃料电池膜电极气密性检测系统，一方面，采用气压测试法，通过第二压力传感器23，可以精确测量压力的微量变化，提高检测的准确度；另一方面，第一进排气孔11、第二进排气孔22、第一进气孔14和第二进气孔21均设于侧壁上，使得进气和出气方向与膜电极平行，通过此种设计，可以避免直冲膜电极，避免气压冲击带来的测量误差；再者，该气压测试法采用常规的压缩空气即可实现，无需采用特殊的气相色谱仪和氦质普仪，成本较低。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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申请和简化描述，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申请的限制。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，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种燃料电池膜电极气密性检测装置，其用于对膜电极（A）进行气密性试验，其特征在于，其包括：

固定设置的下压模块（1），其两个侧壁上分别设有一个第一进气孔（14）和一个第一进排气孔（11），且所述下压模块（1）上设有用于检测内部压力的第一压力传感器（12）；

与所述下压模块（1）配合设置的上压模块（2），其两个侧壁上分别设有一个第二进气孔（21）和一个第二进排气孔（22），且所述上压模块（2）上设有用于检测压力的第二压力传感器（23）；

驱动机构（5），其与所述上压模块（2）相连，所述驱动机构（5）用于驱动所述上压模块（2）向靠近和远离所述下压模块（1）的方向上移动，并使所述上压模块（2）和下压模块（1）形成一可容纳所述膜电极（A）的密封腔。

2.如权利要求1所述的燃料电池膜电极气密性检测装置，其特征在于：所述下压模块（1）和所述上压模块（2）内均设有蛇形沟槽。

3.如权利要求1所述的燃料电池膜电极气密性检测装置，其特征在于：所述下压模块（1）上还设有用于检测内部温度的第一温度传感器（13），所述上压模块（2）上还设有用于检测内部温度的第二温度传感器（24）。

4.如权利要求1所述的燃料电池膜电极气密性检测装置，其特征在于：所述装置还包括一密封垫片（6），所述下压模块（1）和上压模块（2）上均设有与所述密封垫片（6）配合的密封槽（7）。

5.如权利要求1所述的燃料电池膜电极气密性检测装置，其特征在于：所述驱动机构（5）为压紧气缸。

6.如权利要求1所述的燃料电池膜电极气密性检测装置，其特征在于，所述装置还包括一架体（8），所述架体（8）包括下机座（81）和上机座（82），所述下压模块（1）设于所述下机座（81）上，所述驱动机构（5）设于所述上机座（82）上，且所述上压模块（2）位于所述下机座（81）和上机座（82）之间。

7.如权利要求6所述的燃料电池膜电极气密性检测装置，其特征在于：所述架体（8）还包括四根立柱（83），所述上压模块（2）套设于所述立柱（83）上。

8.如权利要求7所述的燃料电池膜电极气密性检测装置，其特征在于：所述上压模块（2）通过耳板（25）套设于所述立柱（83）上。

9.一种燃料电池膜电极气密性检测系统，其特征在于，其包括：

如权利要求1至8任一项所述的燃料电池膜电极气密性检测装置；

两个进气阀（3），其分别与第一进气孔（14）和第二进气孔（21）相连；

两个排气阀（4），其分别与所述第一进排气孔（11）和所述第二进排气孔（22）相连；

真空泵（9），其一端与两个排气阀（4）相连，另一端与大气连通。

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