CN212807520U - 一种燃料电池系统保压验漏装置 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池系统保压验漏装置，其特征在于，包括：气体换向阀组、带压气路、常压气路；气体换向阀组，包括：汇气排，用于作为公共气体流通流道，其一端连接带压气路、常压气路；带压气路用于向汇气排送入气体，常压气路用于从汇气排排出气体；连接于汇气排的空气腔换向阀、冷却液腔换向阀、冷却液腔换向阀，并分别与燃料电池系统的空气腔、冷却液腔、氢气腔通过导气管路连接，分别用于控制燃料电池系统的空气腔、冷却液腔、氢气腔接入气路的状态。应用于系统级的保压及验漏测试，使用换向阀完成了由多个球阀配合才能实现的功能，极大的减少了操作步骤；使用汇气排作为气体的公共流道，从而极大的减小了管路的复杂程度，可以适用于多种应用场景。

Description

一种燃料电池系统保压验漏装置

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统保压验漏装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池因其具有接近室温的工作温度、启动速度快、比能量高等特点，已开始广泛应用于汽车动力、固定电源等领域，因此越来越多的燃料电池进入市场。

由于燃料电池的工作特点，氢气、空气、冷却液需要同时分别在各自腔体内循环，以确保电池的正常工作。而随着燃料电池故障或寿命等原因，有可能会导致三个腔室会在使用过程中发生窜漏。现有方式或装置存在：仅可以应用于电堆级的保压验漏实验；使用多个球阀配合实现气路控制，操作繁琐；气路使用管路串并联方式连接，管路复杂，集成度低；主体零部件一般需根据电堆定制，制作成本高、维护成本高；庞大、笨重，仅可应用于实验室台架，适用场景单一等缺陷，为了可以在现场直接快速的判断燃料电池的窜漏程度，确定泄漏点，并且可以灵活适用于各种应用场景，有必要加以改进。

实用新型内容

为解决现有技术不足，本实用新型提供一种燃料电池系统保压验漏装置，应用于系统级的保压及验漏测试，使用换向阀完成了由多个球阀配合才能实现的功能，极大的减少了操作步骤；使用汇气排作为气体的公共流道，从而极大的减小了管路的复杂程度，可以适用于多种应用场景。

为了实现本实用新型的目的，拟采用以下方案：

一种燃料电池系统保压验漏装置，其特征在于，包括：气体换向阀组、带压气路、常压气路；

气体换向阀组，包括：

汇气排，用于作为公共气体流通流道，其一端连接带压气路、常压气路；带压气路用于向汇气排送入气体，常压气路用于从汇气排排出气体；

空气腔换向阀，连接于汇气排，并与燃料电池系统的空气腔通过导气管路连接，用于控制燃料电池系统的空气腔接入气路的状态；

冷却液腔换向阀，连接于汇气排，并与燃料电池系统的冷却液腔通过导气管路连接，用于控制燃料电池系统的冷却液腔接入气路的状态；以及

氢气腔换向阀，连接于汇气排，并与燃料电池系统的氢气腔通过导气管路连接，用于控制燃料电池系统的氢气腔接入气路的状态。

进一步，汇气排包括两个5通道气管，一个5通道气管一端连接带压气路，另一个5通道气管一端连接常压气路。

进一步，空气腔换向阀、冷却液腔换向阀、氢气腔换向阀分别连接两个5通道气管。

进一步，空气腔换向阀、冷却液腔换向阀、氢气腔换向阀分别采用中间状态为关断状态的3位5通换向阀、2位3通换向阀及关断球阀组合、中气路可关断的3通旋塞阀中任意一种。

更进一步，空气腔换向阀、冷却液腔换向阀、氢气腔换向阀分别采用中间状态为关断状态的3位5通换向阀，3位5通换向阀的3孔面仅留中间通气孔，用来安装导气管路，其他2个通气孔密封，3位5通换向阀的2孔面的两个通气孔分别连接两个5通道气管。

进一步，两个5通道气管的另一端分别依次设置有排放球阀、消音器，排放球阀用于在排空时打开，消音器用于降低排气噪音。

进一步，带压气路，包括：进气管路；以及沿进气方向依次设于进气管路的过滤器、减压阀、安全阀、入口球阀、保压压力表、入口流量计。

过滤器，用于阻止气源中的杂质进入系统；减压阀，集成有压力表，用于控制进入系统的气体压力；安全阀，用于保证进入系统的气体压力低于限值；入口球阀，用于保压时关断；保压压力表，用于保压时记录压力变化；入口流量计，用于检测总气体流量。

进一步，常压气路，包括：出气管路；以及沿出气方向依次设于出气管路的出口球阀、出口流量计。出口球阀，用于保持常开状态；出口流量计，用于检测窜气气体流量。

本实用新型的有益效果在于：

1、可应用于系统级的保压及验漏测试；

2、使用换向阀完成了由多个球阀配合才能实现的功能，极大的减少了操作步骤；

3. 使用汇气排作为气体的公共流道，从而极大的减小了管路的复杂程度；同时，汇气排的接口丰富，增加了装置的集成度；

4. 由于换向阀和汇气排都是市面在售的制成品，可大幅下降采购和维护成本。

附图说明

本文描述的附图只是为了说明所选实施例，而不是所有可能的实施方案，更不是意图限制本实用新型的范围。

图1示出了本申请实施例的整体结构示意图。

图2示出了本申请实施例的带压气路结构示意图。

图3示出了本申请实施例的常压气路结构示意图。

图4示出了本申请实施例的3位5通换向阀替换方式一的结构图。

图5示出了本申请实施例的3位5通换向阀替换方式二的结构图。

图6示出了本申请实施例的使用方法流程图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细说明，但本实用新型所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或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实用新型中的具体含义。

首先，对实施例表述中可能出现的名称进行说明：

燃料电池系统：用燃料电池模块或燃料电池电堆/组通过电化学过程将反应物(燃料和氧化剂)的化学能转化为电能(直流或交流电)和热能的系统。

其中，燃料电池电堆/组：由两个或多个单体电池通过紧固结构组成的，具有共用的氢气、空气和冷却液管道和统一电输出的组合体。

其中，单体电池：由单个膜电极组件、密封元件和带有导气通道的集流板组成的燃料电池。

氢气腔：燃料电池系统中氢气流通的所有腔室及管路。

空气腔：燃料电池系统中空气流通的所有腔室及管路。

冷却液腔：燃料电池系统中冷却液流通的所有腔室及管路。

窜漏：介质在氢气腔、空气腔、冷却液腔相互泄漏的状态。

外漏：介质在氢气腔、空气腔或冷却液腔通过非设计的导气通道或管道泄漏到电堆外的状态。

泄漏量：窜漏或外漏状态下，泄漏流体的流量（通常使用流速表达）。

保压：通过记录一定时间内密封的腔室压力的变化，来衡量腔室密封性能的检测方法。

验漏：通过记录一定时间内窜漏量的变化，来衡量腔室间窜漏性能的检测方法。

保压腔：保压实验中，充入带压气体的腔。

验漏腔：验漏实验中，连通大气的腔。

实施例

如图1-3所示，本实例提供的一种燃料电池系统保压验漏装置，包括：气体换向阀组1、带压气路2、常压气路3。

气体换向阀组1，包括：汇气排11、空气腔换向阀12、冷却液腔换向阀13、氢气腔换向阀14等。

带压气路2用于向汇气排11送入气体，常压气路3用于从汇气排11排出气体，气体换向阀组1用于分别对燃料电池系统的空气腔接入气路、冷却液腔接入气路、氢气腔接入气路进行控制。

具体的，空气腔换向阀12连接于汇气排11，并与燃料电池系统的空气腔通过导气管路连接，用于控制燃料电池系统的空气腔接入气路的状态；冷却液腔换向阀13连接于汇气排11，并与燃料电池系统的冷却液腔通过导气管路连接，用于控制燃料电池系统的冷却液腔接入气路的状态；氢气腔换向阀14连接于汇气排11，并与燃料电池系统的氢气腔通过导气管路连接，用于控制燃料电池系统的氢气腔接入气路的状态。

具体的，汇气排11，用于作为公共气体流通流道。汇气排11采用包括两个5通道气管的款式，并且可以配合换向阀组的安装。一个5通道气管一端连接带压气路2，另一个5通道气管一端连接常压气路3。空气腔换向阀12、冷却液腔换向阀13、氢气腔换向阀14分别连接两个5通道气管。

在本实例中，空气腔换向阀12、冷却液腔换向阀13、氢气腔换向阀14分别采用中间状态为关断状态的3位5通换向阀，3位5通换向阀的3孔面仅留中间通气孔，用来安装导气管路，其他2个通气孔密封，3位5通换向阀的2孔面的两个通气孔分别连接两个5通道气管。这样，换向阀在3位间换向时，中间的孔就会处在三种状态：连接带压气路；关断；连接常压气路。

作为本实例的可选实施方式，空气腔换向阀12、冷却液腔换向阀13、氢气腔换向阀14还可以选2位3通换向阀及关断球阀组合，如图4所示，以替代中间状态为关断状态的3位5通换向阀。

作为本实例的可选实施方式，空气腔换向阀12、冷却液腔换向阀13、氢气腔换向阀14还可以选中气路可关断的3通旋塞阀，如图5所示，以替代中间状态为关断状态的3位5通换向阀。

作为进一步的具体实施方式，气体换向阀组1还包括排放球阀15、消音器16。两个5通道气管的另一端分别依次设置有排放球阀15、消音器16，排放球阀15用于在排空时打开，消音器16用于降低排气噪音。

作为进一步的具体实施方式，带压气路2，包括：进气管路，以及沿进气方向依次设于进气管路的过滤器21、减压阀22、安全阀23、入口球阀24、保压压力表25、入口流量计26。

过滤器21用于阻止气源中的杂质进入系统；减压阀22集成有压力表，用于控制进入系统的气体压力；安全阀23用于保证进入系统的气体压力低于限值；入口球阀24用于保压时关断；保压压力表25用于保压时记录压力变化；入口流量计26用于检测总气体流量。

作为进一步的具体实施方式，常压气路3，包括：出气管路；以及沿出气方向依次设于出气管路的出口球阀32、出口流量计31。

出口球阀32，用于保持常开状态；出口流量计31，用于检测窜气气体流量。

以图6所示的使用流程，对本实例的应用形式进行详细说明：

1.仅保留系统中空气腔、冷却液腔和氢气腔的一个接口，分别用导管连接至空气腔换向阀12、冷却液腔换向阀13、氢气腔换向阀14。其他进出气接口全部封住；

2.将空气腔换向阀12、冷却液腔换向阀13、氢气腔换向阀14同时调整至关断状态，调节减压阀22至目标压力；

3.实验步骤：

3.1验漏实验（以空气腔作为保压腔，氢气腔作为验漏腔的实验为例）

3.1.1调整空气腔换向阀12，使其与带压气路连通。调整氢气腔换向阀14，使其与常压气路连通；

3.1.2待流量计23和保压压力表25读数稳定后，记录出口流量计31读数作为窜漏流量；

3.1.3打开两个排放球阀15，卸掉压力后，先将空气腔换向阀12、冷却液腔换向阀13、氢气腔换向阀14调至关断状态，后关闭两个排放球阀15。

3.2保压实验（以氢气腔作为保压腔的实验为例）

3.2.1调整氢气腔换向阀14，使其与带压气路连通；

3.2.2待保压压力表25读数稳定后，关闭入口球阀24，记录保压压力表25在规定时间内压力下降值，作为保压结果；

3.2.3打开两个排放球阀15，卸掉压力后，先将空气腔换向阀12、冷却液腔换向阀13、氢气腔换向阀14调至关断状态，后关闭两个排放球阀15。

4.结束测试，将空气腔换向阀12、冷却液腔换向阀13、氢气腔换向阀14全部调至关断，关闭所有手阀15、24、32，拆卸装置。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不表示是唯一的或是限制本实用新型。本领域技术人员应理解，在不脱离本实用新型的范围情况下，对本实用新型进行的各种改变或同等替换，均属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统保压验漏装置，其特征在于，包括：气体换向阀组（1）、带压气路（2）、常压气路（3）；

气体换向阀组（1），包括：

汇气排（11），用于作为公共气体流通流道，其一端连接带压气路（2）、常压气路（3）；带压气路（2）用于向汇气排（11）送入气体，常压气路（3）用于从汇气排（11）排出气体；

空气腔换向阀（12），连接于汇气排（11），并与燃料电池系统的空气腔通过导气管路连接，用于控制燃料电池系统的空气腔接入气路的状态；

冷却液腔换向阀（13），连接于汇气排（11），并与燃料电池系统的冷却液腔通过导气管路连接，用于控制燃料电池系统的冷却液腔接入气路的状态；以及

氢气腔换向阀（14），连接于汇气排（11），并与燃料电池系统的氢气腔通过导气管路连接，用于控制燃料电池系统的氢气腔接入气路的状态。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统保压验漏装置，其特征在于，汇气排（11）包括两个5通道气管，一个5通道气管一端连接带压气路（2），另一个5通道气管一端连接常压气路（3）。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统保压验漏装置，其特征在于，空气腔换向阀（12）、冷却液腔换向阀（13）、氢气腔换向阀（14）分别连接两个5通道气管。

4.根据权利要求3所述的燃料电池系统保压验漏装置，其特征在于，空气腔换向阀（12）、冷却液腔换向阀（13）、氢气腔换向阀（14）分别采用中间状态为关断状态的3位5通换向阀、2位3通换向阀及关断球阀组合、中气路可关断的3通旋塞阀中任意一种。

5.根据权利要求3所述的燃料电池系统保压验漏装置，其特征在于，空气腔换向阀（12）、冷却液腔换向阀（13）、氢气腔换向阀（14）分别采用中间状态为关断状态的3位5通换向阀，3位5通换向阀的3孔面仅留中间通气孔，用来安装导气管路，其他2个通气孔密封，3位5通换向阀的2孔面的两个通气孔分别连接两个5通道气管。

6.根据权利要求3所述的燃料电池系统保压验漏装置，其特征在于，两个5通道气管的另一端分别依次设置有排放球阀（15）、消音器（16），排放球阀（15）用于在排空时打开，消音器（16）用于降低排气噪音。

7.根据权利要求1所述的燃料电池系统保压验漏装置，其特征在于，带压气路（2），包括：

进气管路；以及

沿进气方向依次设于进气管路的过滤器（21）、减压阀（22）、安全阀（23）、入口球阀（24）、保压压力表（25）、入口流量计（26）。

8.根据权利要求7所述的燃料电池系统保压验漏装置，其特征在于：

过滤器（21），用于阻止气源中的杂质进入系统；

减压阀（22），集成有压力表，用于控制进入系统的气体压力；

安全阀（23），用于保证进入系统的气体压力低于限值；

入口球阀（24），用于保压时关断；

保压压力表（25），用于保压时记录压力变化；

入口流量计（26），用于检测总气体流量。

9.根据权利要求1所述的燃料电池系统保压验漏装置，其特征在于，常压气路（3），包括：

出气管路；以及

沿出气方向依次设于出气管路的出口球阀（32）、出口流量计（31）。

10.根据权利要求9所述的燃料电池系统保压验漏装置，其特征在于：

出口球阀（32），用于保持常开状态；

出口流量计（31），用于检测窜气气体流量。

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