CN217542298U - 一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备 - Google Patents

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本实用新型涉及燃料电池技术领域,尤其涉及一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备。该燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备包括压合机构、压板组件和气路结构,压合机构用于密封压合待测定极板或膜电极,压板组件用于固定待密封压合的极板或膜电极,气路结构与压板组件及待测定极板或膜电极连接。该燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备使用流量法测试原理,将单一质量流量计用于检测气路结构设计中,同时改进测试设备的安装结构,可准确测量外泄漏、各腔串漏数据,满足了极板和膜电极可采用一台设备进行全面的气密性检测的要求,节约了成本,操作便利。

Description

一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域,尤其涉及一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备。
背景技术
氢燃料电池电堆是燃料和氧化剂气体发生电化学反应、从而产生电能的场所,它由数量不等的扁平单电池堆叠、串联组成。每个单电池内含代替电解质的膜电极(组件)和两侧用于传导电、热的双极板。膜电极与双极板之间的特殊位置布置有密封结构,是燃料电池电堆的核心工艺之一,这些密封件将每个单电池分隔成独立的腔室,需要保证每个腔室内的反应气体、冷却液等不外漏、不串漏,为电堆的弹性密封结构提供回弹力,并且需要在各种高低温环境中保证寿命,是保证电堆机械性能和安全性的重要部分。
双极板由两片单极板(阴极板和阳极板)粘合或激光焊接组成,组成后的双极板内部通常用于通过冷却液,双极板外露的两个表面布满流道,分别通过燃料气体和氧化剂气体,被称为双极板的两个工作面(阴极工作面、阳极工作面),两个工作面上制作的密封件用于封堵上述两种反应气体,必须保证他们不外漏、不串漏。因此双极板的外泄漏量、内泄漏量都是双极板制造后必要的检测参数,同时,单极板本身也必须在制造中通过检测,排除由隐裂、穿孔等问题造成的内泄漏。
膜电极(组件)含有质子交换膜、气体扩散层、催化剂层等,其中质子交换膜需要将燃料气体和氧化剂气体的分子分隔开来,仅允许被催化剂脱去电子的氢质子穿透,但是实际上,仍然有微量氢、氮、氧分子在气体压差和浓度差的作用下扩散到另一侧,是实际制造过程中不可避免的。此外,通常由于薄膜针孔或者边框封装等问题导致的超量泄漏,容易形成氢氧界面现象、引起电池反极、降低发电效率、降低电池寿命等,给燃料电池运行带来严重风险。因此,膜电极的气密性检测是氢燃料电池制造过程中必不可少的环节。
现有的燃料电池气密性检测设备,均使用气缸或液压缸驱动,无法精确保证双极板压紧力,且分为单极板(单片双极板)检测、双极板检测、膜电极检测三种;无法做到兼容,需要购买不同的测试设备,提高了投入成本。
进而,单极板、双极板、膜电极的气密性检测,均使用单一进气管路流量计、压力表或出气管路流量计、压力表进行检测,无法兼顾外泄漏和各腔串漏准确测量,存在检测时间长、测量数据与实际存在偏差等缺点。
专利申请《一种单片双极板用气密检测液压机》CN110044557A,使用液压缸驱动,测试原理使用流量法,但流量计设置在进气管路上,不能准确测量各腔体间串漏数据,使用3个流量计,成本高,且仅能检测单片双极板。《一种氢燃料电池膜电极组件的缺陷检测设备》CN211425779U,使用气缸驱动,测试原理使用压差法,不能准确测量膜电极泄漏数据,且仅能检测膜电极组件 (MEA)。《一种氢燃料电池双极板测漏装置》CN209979178U,使用气缸驱动,测试原理使用压差法,由于气体压差较小,存在小压差下测试合格,但在高压差下测试不合格的风险,且仅能检测单片双极板。《氢燃料电池双极板密封试验设备》CN211651979U,使用气缸驱动,测试原理使用流量法,流量计只在进气管路上,不能精确测量各腔体串漏数据,且仅能检测单片双极板。
实用新型内容
本实用新型提供了一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备,使用流量法测试原理,将单一质量流量计用于检测气路结构设计中,同时改进测试设备的安装结构,可准确测量外泄漏、各腔串漏数据,满足了极板和膜电极可采用一台设备进行全面的气密性检测的要求,节约了成本,操作便利,解决了现有技术中存在的问题。
为实现上述实用新型目的,本实用新型采用的技术方案是:
一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备,包括:
压合机构,所述压合机构包括机架,在机架上设置压力驱动结构、上工作台和下工作台;
压板组件,包括双极板压板结构、单极板压板结构和膜电极压板结构;双极板压板结构由双极板上压板和双极板下压板组成,单极板压板结构由单极板上压板和单极板下压板组成,膜电极压板结构由膜电极上压板和膜电极下压板组成;双极板压板结构、单极板压板结构、膜电极压板结构分别与上工作台和下工作台装配连接,经压力驱动结构驱动上工作台向下靠近下工作台完成对待检测双极板、单极板极板或膜电极的密封压合;
气路结构,与密封压合于上工作台和下工作台之间的双极板、单极板或膜电极配合连接后进行外泄漏、和/或腔室间串漏的气密性检测;
所述气路结构包括在主通气管路上依次设置的单向阀、气体减压阀、气体压力调节阀和气体质量流量计,在气体质量流量计出气端的主通气管路上连接第一分管路,所述第一分管路包括并联设置的第一支路、第二支路和第三支路,在第一支路上设置氢气腔入口电磁阀,在第二支路上设置冷却腔入口电磁阀,在第三支路上设置空气腔入口电磁阀;在气体质量流量计和气体压力调节阀之间的主通气管路上设置流量计前端电磁阀,在气体质量流量计和第一分管路之间的主通气管路上设置第一压力传感器,在第一压力传感器与气体质量流量计之间的主通气管路上设置流量计后端电磁阀;在流量计前端电磁阀和气体质量流量计之间的主通气管路上连接第二分管路,在第二分管路上连接并联设置的第四支路、第五支路和第六支路,在第四支路上设置氢气腔出口电磁阀,在第五支路上设置冷却腔出口电磁阀,在第六支路上设置空气腔出口电磁阀;在气体压力调节阀和流量计前端电磁阀之间还连接一旁通管路,旁通管路的出气端连接于流量计后端电磁阀和第一压力传感器之间的主通气管路上,在旁通管路上设置气路旁通电磁阀;在气体质量流量计与流量计后端电磁阀之间的主通气管路上连接第三分管路,在第三分管路上设置流量计后端排气电磁阀。
进一步地,上工作台用于安装固定双极板上压板、单极板上压板或膜电极上压板;下工作台用于安装固定双极板下压板、单极板下压板或膜电极下压板。
进一步地,在单向阀和气体减压阀之间的主通气管路上还设置一稳压罐。
进一步地,所述机架包括上支撑梁、底座和立柱,上支撑梁和底座分别固定于立柱两端,上工作台和下工作台套设于立柱上;所述压力驱动结构包括电缸,电缸的缸体与上支撑梁固接,电缸的推杆与上工作台相连,上工作台的顶面与电缸的推杆经一第二压力传感器固连;
在上工作台底面设置上安装板,在下工作台顶面设置下安装板;双极板压板结构、单极板压板结构、膜电极压板机构分别与上安装板和下安装板装配实现对待检测双极板、单极板或膜电极的固定;上安装板在压力驱动结构的驱动下随上工作台沿立柱向下靠近下安装板实现对双极板、单极板极板或膜电极的密封压合。
进一步地,所述上工作台经自润滑石墨铜套套设于立柱上;所述下工作台固定套设于立柱上。
进一步地,所述电缸为伺服电缸;所述立柱包括4个,上支撑梁和底座通过调平防松组合螺母分别固定于四个立柱两端。
进一步地,所述上安装板和下安装板分别与上工作台和下工作台可拆卸的螺接固定。
进一步地,在上工作台和下工作台的台面上均设置若干个压板固定孔,所述双极板压板结构、单极板压板结构或膜电极压板结构经压板固定孔装配固定于上工作台和下工作台上。
进一步地,所述上安装板和下安装板均包括一安装板体,在安装板体上设置若干个压板固定孔,所述双极板压板结构、单极板压板结构或膜电极压板机构经压板固定孔固定于上安装板和下安装板上。
进一步地,所述上安装板通过压板固定孔与双极板上压板、单极板上压板或膜电极上压板可拆卸的装配固接,所述下压板通过压板固定孔与双极板下压板、单极板下压板或膜电极下压板可拆卸的装配固接。
进一步地,所述的燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备,在机架上还设置安全光栅、触控屏以及用于控制设备启动和紧急停止的启动按钮和急停按钮。
进一步地,所述触控屏用于操作控制程序、设置参数和显示测试结果。
进一步地,在机架上包设机壳,在机壳前侧上部开设工作窗口,所述安全光栅设于工作窗口两侧的机壳内侧;在工作窗口下方的机壳壁上设置所述启动按钮和急停按钮,在启动按钮下方的机壳壁上固定所述第一压力传感器和气体质量流量计。
进一步地,所述启动按钮包括两个。
进一步地,在双极板下压板的一侧设置氢气腔进气口、冷却腔进气口和空气腔进气口,在双极板下压板的另一侧设置氢气腔出气口、冷却腔出气口和空气腔出气口;双极板下压板上的氢气腔进气口、冷却腔进气口和空气腔进气口与其上方承载的双极板的氢气腔进气口、冷却腔进气口和空气腔进气口对应;双极板下压板的氢气腔进气口与第一支路的出气端相连,双极板下压板的氢气腔出气口与第四支路的出气端相连;双极板下压板的冷却腔进气口与第二支路的出气端相连,双极板下压板的冷却腔出气口与第五支路的出气端相连;双极板下压板的空气腔进气口与第三支路的出气端相连,双极板下压板的空气腔出气口与第六支路的出气端相连;
在单极板上压板上对应单极板的出气孔设置单极板上压板出气口,在单极板下压板上对应单极板的进气孔设置单极板下压板进气口,在单极板上压板的压合面边缘及单极板下压板的压合面边缘均设置密封垫;单极板下压板进气口与第二支路的出气端相连,单极板上压板出气口与第五支路的出气端相连;
在膜电极上压板上对应膜电极的出气孔设置膜电极上压板出气口,膜电极上压板出气口延伸至膜电极上压板侧壁设置;在膜电极下压板上对应膜电极的进气孔设置膜电极下压板进气口,膜电极上压板进气口延伸至膜电极下压板侧壁设置;在膜电极上压板的压合边缘及膜电极下压板的压合边缘均设置密封条;膜电极下压板的进气口与第二支路的出气端相连,膜电极上压板的出气口与第五支路的出气端相连。
进一步地,在膜电极下压板顶面还设置气体扩散流道。
进一步地,设于双极板下压板上的进气口和出气口均为在双极板下压板侧壁上开口、向内延伸至双极板下压板的顶面的弯折进气口和弯折出气口。如此,方便气路结构的安装,同时保证进气对应双极板的不同腔室的进气。
进一步地,在双极板上压板和双极板下压板的外侧对应设置若干个定位销固定孔。定位销固定孔用于进行多组双极板气密性检测时,对多组双极板进行定位对齐。
进一步地,所述触控屏经转动悬臂与机架相连。
进一步地,所述氢气腔入口电磁阀、冷却腔入口电磁阀和空气腔入口电磁阀均为带排气的电磁阀。
进一步地,在机架底端设置带轮刹的滚轮。
进一步地,气路结构还包括外部设置的控制主通气管路上各电磁阀启闭的控制单元。
本实用新型的有益效果:
本实用新型可以实现一台设备兼顾双极板、单极板、膜电极气密性检测测试的目的,相比现有设备只能用于极板或膜电极的气密性检测,气路结构设计单一、有限,实现了极板和膜电极的整合式检测,大大节约了成本。本实用新型只使用1个高精度气体质量流量计,用于气路检测结构中,即可达到准确测试外泄漏和各腔串漏的目的,不仅节约了成本还提高了准确度和可靠性,而且还具有稳压时间短、检测响应快,检测精确度高等优点。气路结构设计科学、合理,相比现有技术,能够有效实现对各极板、膜电极的气密性检测。
本实用新型的机械压合机构,使用电缸驱动、具有导向作用的四立柱结构,能实现精准压力控制、保证了上、下工装平行度。通过更换双极板上下压板、单极板上下压板、膜电极上下压板,在电缸的带动下,与双极板、单极板、膜电极形成密封腔。进一步通过气路稳压罐、调压阀、质量流量计和各路电磁阀精准通、断、排气控制,从而快速准确的实现双极板、单极板、膜电极气密的自动测试。通过基于一台设备进行本实用新型的单极板、双极板、膜电极的检测工装设计,可以便捷更换,从而实现不同物料快速切换的目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解,构成本实用新型的一部分,本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
图1为本实用新型气密性检测设备的整体布置的结构示意图;
图2为图1另一角度的结构示意图;
图3为本实用新型气路结构布置示意图;
图4为本实用新型上安装板的结构示意图;
图5为本实用新型下安装板的结构示意图;
图6为本实用新型压板组件中双极板上压板的结构示意图;
图7为本实用新型压板组件中双极板下压板的结构示意图;
图8为本实用新型双极板气密性测试原理图;
图9为本实用新型双极板气密性测试流程图;
图10为本实用新型压板组件中单极板上压板的结构示意图;
图11为本实用新型压板组件中单极板下压板的结构示意图;
图12为本实用新型单极板气密性测试原理图;
图13为本实用新型单极板气密性测试流程图;
图14为本实用新型压板组件中膜电极上压板的结构示意图;
图15为本实用新型压板组件中膜电极下压板的结构示意图;
图16为本实用新型膜电极气密性测试原理图;
图17为本实用新型压板组件中膜电极下压板的另一结构形式示意图;
图18为本实用新型膜电极气密性测试流程图。
其中,1上支撑梁、2底座、3立柱、4第一压力传感器、5气体质量流量计、6上工作台、7下工作台、8上安装板、9下安装板、10双极板上压板、11 双极板下压板、111氢气腔进气口、112冷却腔进气口、113空气腔进气口、114 氢气腔出气口、115冷却腔出气口、116空气腔出气口,12单极板上压板、121 单极板上压板出气口、13单极板下压板、131单极板下压板进气口、132密封垫、14膜电极上压板、141膜电极上压板出气口、15膜电极下压板、151膜电极下压板进气口、152密封条、153气体扩散流道,16安全光栅、17启动按钮、 18急停按钮、19触控屏、20单向阀、21稳压罐、22气体减压阀、23气体压力调节阀、24氢气腔入口电磁阀、25气路旁通电磁阀、26冷却腔入口电磁阀、 27空气腔入口电磁阀、28空气腔出口电磁阀、29冷却腔出口电磁阀、30氢气腔出口电磁阀、31流量计前端电磁阀、32流量计后端电磁阀、33流量计后端排气电磁阀、34第一分管路、341第一支路、342第二支路、343第三支路、 35第二分管路、351第四支路、352第五支路、353第六支路、36第三分管路、 37定位销固定孔、38伺服电缸。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点,下面通过具体实施方式,结合附图,对本实用新型进行详细阐述。
在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“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。
如图1-5所示,该燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备包括压合机构、与压合机构配合安装的压板组件、以及气路结构。压合机构包括机架,在机架上设置上支撑梁1、底座2及设于上支撑梁1和底座2之间的四个起导向作用的立柱3,其中,上支撑梁1和底座2通过调平防松组合螺母分别固定于四个立柱两端;在立柱上套设上工作台6和下工作台7,上工作台6通过4个自润滑石墨铜套套于四个立柱3上,下工作台7固定套设于立柱底部。在上工作台 6底面设置上安装板8,在下工作台顶面设置下安装板9。
在机架上方设置伺服电缸38,伺服电缸的缸体和上支撑梁1固定相连,伺服电缸的推杆(图中未示出)与上工作台6固定相连。通过伺服控制,来带动上安装板8沿立柱向下移动靠近下安装板9,进行双极板、单极板或膜电极的密封压合固定。
压板组件包括双极板压板结构、单极板压板结构和膜电极压板结构;双极板压板结构由双极板上压板10和双极板下压板11组成,单极板压板结构由单极板上压板12和单极板下压板13组成,膜电极压板结构由膜电极上压板14 和膜电极下压板15组成;双极板压板结构、单极板压板结构、膜电极压板结构分别与上、下安装板装配固定,经伺服电缸驱动上工作台向下靠近下工作台完成对待检测双极板、单极板极板或膜电极的密封压合固定。其中,图1示出的设备安装了双极板上压板10和双极板下压板11。
上工作台6的上表面与伺服电缸38的推杆通过第二压力传感器(图中未示出)固定连接,以此可保证上、下安装板上安装的各种上、下压板对极板或膜电极的密封压合压力达到设定值并保持设定压力值。
在机架上包设机壳,在上、下工作台之间的机壳上设置工作窗口,在工作窗口左、右两侧的机架上设置安全光栅16,安全光栅16的设置,在设备运行过程中,可防止人员误伸入设备。在工作窗口下方的机壳上设置两个启动按钮17和急停按钮18,双手同时按下启动按钮,设备才会执行动作,提高安全性,遇到紧急情况时,按下急停按钮,避免造成进一步伤害。在机架顶端经转动悬臂连接触控屏19,触控屏用于操作控制程序、设置参数(包括压合的压力值、气体压力值、气体质量流量计数值标准等)和显示测试结果。
气路结构与上安装板和下安装板上安装的各种上、下压板连接,进而与密封压合的双极板、单极板或膜电极配合连接后进行外泄漏、和/或腔室间串漏的气密性检测。
上述气路结构包括在主通气管路上依次设置的单向阀20、稳压罐21、气体减压阀22、气体压力调节阀23和气体质量流量计5,在气体质量流量计出气端的主通气管路上连接第一分管路34,所述第一分管路包括并联设置的第一支路341、第二支路342和第三支路343,在第一支路上设置氢气腔入口电磁阀24(带排气),在第二支路上设置冷却腔入口电磁阀26(带排气),在第三支路上设置空气腔入口电磁阀27(带排气);在气体质量流量计5和气体压力调节阀23之间的主通气管路上设置流量计前端电磁阀31,在气体质量流量计5和第一分管路34之间的主通气管路上设置第一压力传感器4,在第一压力传感器4与气体质量流量计5之间的主通气管路上设置流量计后端电磁阀32;在流量计前端电磁阀31和气体质量流量计5之间的主通气管路上连接第二分管路35,在第二分管路上连接并联设置的第四支路351、第五支路352和第六支路353,在第四支路上设置氢气腔出口电磁阀30,在第五支路上设置冷却腔出口电磁阀29,在第六支路上设置空气腔出口电磁阀28;在气体压力调节阀23和流量计前端电磁阀31之间还连接一旁通管路,旁通管路的出气端连接于流量计后端电磁阀32和第一压力传感器4之间的主通气管路上,在旁通管路上设置气路旁通电磁阀25;在气体质量流量计与流量计后端电磁阀32之间的主通气管路上连接第三分管路36,在第三分管路上设置流量计后端排气电磁阀 33。
上述气路结构中的第一压力传感器4和气体质量流量计5均固定于机壳前侧壁上。
上述单向阀20,只允许气体流向设备,不允许气体倒流。稳压罐21,起到平稳压力的作用,减少气压波动对流量计的影响。气体减压阀22,将外界系统气体压力进行初次减压。气体压力调节阀23,根据不同产品气密要求的检测气压压力调节进气压力(双极板200Kpa、单极板100Kpa、膜电极50Kpa)。气路旁通电磁阀25,和气体质量流量计并联,外泄漏气密测试时,通过旁路对所测腔体进行充气,气压稳定后,关闭气路旁通电磁阀,缩短充气时间和各腔测试时直接供气。第一压力传感器4,时刻监控测试管路气体压力,防止气体压力调节阀23失效。气体质量流量计5,串联在进气管路上,时时采集和显示当前流过流量计的气体流量,并与标准值比较,以判断所测物料是否满足标准要求。氢气腔入口电磁阀24,测试时控制氢气腔气体供给、切断和排气。冷却腔入口电磁阀,测试时控制冷却腔气体供给、切断和排气26。空气腔入口电磁阀 27,测试时控制空气腔气体供给、切断和排气。空气腔出口电磁阀28,测试时控制空气腔出口通断。冷却腔出口电磁阀29,测试时控制冷却腔出口通断。氢气腔出口电磁阀30,测试时控制氢气腔出口通断。流量计前端电磁阀31,各腔测试时控制进气管路通断。流量计后端电磁阀32,各腔测试时控制流量计后端进气管路通断。流量计后端排气电磁阀33,各腔测试时控制流量计排气通断。
如图6-9,示出了该燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备进行双极板气密性检测时所用双极板上、下压板结构及双极板气密性测试的原理图。
具体的,在双极板下压板11的一侧设置氢气腔进气口111、冷却腔进气口 112和空气腔进气口113,在双极板下压板的另一侧设置氢气腔出气口114、冷却腔出气口115和空气腔出气口116;双极板下压板上的氢气腔进气口、冷却腔进气口和空气腔进气口与其上方承载的双极板的氢气腔进气口、冷却腔进气口和空气腔进气口对应;双极板下压板11的氢气腔进气口与第一支路341的出气端相连,双极板下压板的氢气腔出气口与第四支路351的出气端相连;双极板下压板的冷却腔进气口与第二支路342的出气端相连,双极板下压板的冷却腔出气口与第五支路352的出气端相连;双极板下压板的空气腔进气口与第三支路343的出气端相连,双极板下压板的空气腔出气口与第六支路353的出气端相连。
上述设于双极板下压板11上的进气口和出气口均为在双极板下压板侧壁上开口、向内延伸至双极板下压板的顶面的弯折进气口和弯折出气口。如此,方便气路结构的安装,同时保证进气对应双极板的不同腔室的进气。
在双极板上压板10和双极板下压板11的外侧对应设置若干个定位销固定孔37。定位销固定孔用于进行多组双极板气密性检测时,对多组双极板进行定位对齐。
双极板气密性测试过程操作如下:
在对双极板气密测试时,参见图8双极板测试原理图和图9双极板气密性测试流程图,详细如下:将双极板上压板10、双极板下压板11分别安装于设备的上安装板8和下安装板9上;将双极板下压板11一侧的氢气腔进气口11、冷却腔进气口112、空气腔进气口113分别与图3的气路结构布置图中的氢气管路(第一支路)、冷却管路(第二支路)、空气管路(第三支路)一一对应相连,另一端的出气口也分别和图3的气路结构布置图中的第四支路、第五支路、第六支路一一对应相连。进一步将多组双极板间隔隔板上下依次摆放整齐后,按对应的进气口位置,放在双极板下压板上11;通过触控屏19设定气体压力值、气体质量流量计5的参数值和压合压力值。按下启动按钮17,伺服电缸38带动上工作台6上的上安装板8和双极板上压板10向下移动,与双极板下压板11压合,并与双极板自身密封条形成密封腔,直到压力达到设定的压装力值。进一步控制单元控制气路旁通电磁阀25、氢气腔入口电磁阀24、冷却腔入口电磁阀26、空气腔入口电磁阀27、流量计前端电磁阀31、流量计后端电磁阀32同时打开,同时关闭空气腔出口电磁阀28、冷却腔出口电磁阀29、氢气腔出口电磁阀30、流量计后端排气电磁阀33,达到进气时间后,关闭25气路旁通电磁阀,主通气管路的气体通过气体质量流量计5进行供气。待气体质量流量计数值稳定后,读取气体质量流量计的数值,根据气体质量流量计5的数值的变化,与设定的标准值比较,自动判断双极板是否存在外泄漏,当气体质量流量计数值波动至设定参数之外时,表明存在外泄漏。
进一步控制单元控制氢气腔入口电磁阀24、冷却腔入口电磁阀26和空气腔入口电磁阀27关闭并排气,同时打开气路旁通电磁阀25、冷却腔入口电磁阀26、空气腔出口电磁阀28和流量计后端排气电磁阀33,关闭流量计前端电磁阀31和流量计后端电磁阀32,待气体质量流量计5数值稳定后,读取5质量流量计数值,根据气体质量流量计的数值变化自动判断双极板是否存在冷却腔到空气腔的泄漏。
进一步控制单元控制空气腔出口电磁阀28关闭,氢气腔出口电磁阀30打开,待气体质量流量计5数值稳定后,读取气体质量流量计数值,根据气体质量流量计的数值变化自动判断双极板是否存在冷却腔到氢气腔的泄漏。
进一步控制单元控制冷却腔入口电磁阀26关闭并排气,打开空气腔入口电磁阀27,待气体质量流量计5数值稳定后,读取气体质量流量计数值,关闭所有电磁阀并排气,根据气体质量流量计的数值变化自动判断双极板是否存在空气腔到氢气腔的泄漏,双极板气密测试结束。
综合以上测试结果,判定双极板气密是否合格,并得出不合格类型。
如图10-13,示出了该燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备进行单极板气密性检测时所用单极板上、下压板结构及单极板气密性测试的原理图。
具体的,在单极板上压板12上对应单极板的出气孔设置单极板上压板出气口121,在单极板下压板13上对应单极板的进气孔设置单极板下压板进气口 131,在单极板上压板的压合面边缘及单极板下压板13的压合面边缘均设置密封垫132;单极板下压板进气口与第二支路的出气端相连,单极板上压板出气口与第五支路的出气端相连。
单极板气密性测试过程操作如下:
在对燃料电池单极板气密测试时,参见图12单极板气密性测试原理图和图 13单极板气密性测试流程图,详细如下:首先将图10单极板上压板12、图11单极板下压板13,分别装配到上安装板8和下安装板9上。进一步按图3气路结构布置图,将冷却腔进气管路即第二支路342的出气端连接到单极板下压板进气口131,将冷却腔出气管路即第五支路352的出气端连接到单极板上压板出气口 121。进一步将单极板放在图11单极板下压板上,按下启动按钮16,伺服电缸 38带动上安装板和单极板上压板向下移动,与图11单极板下压板压合,利用单极板上下压板密封垫与单极板形成密封腔,直到压力达到设定的压装力值。进一步控制单元控制气路旁通电磁阀25、冷却腔入口电磁阀26同时打开,待气体质量流量计数值稳定后,读取气体质量流量计的数值,关闭所有电磁阀并排气,根据气体质量流量计的数值变化自动判断单极板是否存在泄漏,单极板气密测试结束。
如图14-16、图18,示出了该燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备进行膜电极气密性检测时所用膜电极上、下压板结构及膜电极气密性测试的原理图。
具体的,在膜电极上压板14上对应膜电极的出气孔设置膜电极上压板出气口141,膜电极上压板出气口延伸至膜电极上压板侧壁设置;在膜电极下压板15上对应膜电极的进气孔设置膜电极下压板进气口151,膜电极上压板进气口延伸至膜电极下压板侧壁设置;在膜电极上压板的压合边缘及膜电极下压板的压合边缘均设置密封条152;膜电极下压板的进气口与第二支路的出气端相连,膜电极上压板的出气口与第五支路的出气端相连。
膜电极气密性测试过程操作如下:
在对燃料电池膜电极气密测试时,参见图16膜电极气密性测试原理图和图 17膜电极气密性测试流程图,详细如下:首先将图14膜电极上压板、图15膜电极下压板,分别装配到上安装板8和下安装板9上。进一步按图3气路结构布置图将冷却腔进气管路即第二支路342的出气端连接到膜电极下压板进气口151,将冷却腔出气管路即第五支路352的出气端连接到膜电极上压板的膜电极上压板出气口141。进一步将膜电极放在图15膜电极下压板上,按下启动按钮16,伺服电缸带动上安装板8和膜电极上压板14向下移动,与图15膜电极下压板压合,利用膜电极上、下压板密封条形成密封腔,直到压力达到设定的压装力值。进一步控制单元控制气路旁通电磁阀25、冷却腔入口电磁阀26同时打开,达到进气时间后,关闭气路旁通电磁阀25,管路气体通过气体质量流量计进行供气。待气体质量流量计数值稳定后,读取气体质量流量计的数值,关闭所有电磁阀并排气,根据气体质量流量计的数值自动判断膜电极是否存在泄漏,膜电极气密测试结束。
如图17,示出了用于上述膜电极气密性测试的膜电极下压板的另一结构形式示意图,与上述膜电极下压板不同之处在于,在膜电极下压板15顶面还设置气体扩散流道153,如此设置,可以增加进入的气体的流动空间,提供进入的气体通过流道更有效的扩散和分散。
上述具体实施方式不能作为对本实用新型保护范围的限制,对于本技术领域的技术人员来说,对本实用新型实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本实用新型的保护范围内。
本实用新型未详述之处,均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备,其特征在于,包括:
压合机构,所述压合机构包括机架,在机架上设置压力驱动结构、上工作台(6)和下工作台(7);
压板组件,包括双极板压板结构、单极板压板结构和膜电极压板结构;双极板压板结构由双极板上压板(10)和双极板下压板(11)组成,单极板压板结构由单极板上压板(12)和单极板下压板(13)组成,膜电极压板结构由膜电极上压板(14)和膜电极下压板(15)组成;双极板压板结构、单极板压板结构、膜电极压板结构分别与上工作台(6)和下工作台(7)装配连接,经压力驱动结构驱动上工作台向下靠近下工作台完成对待检测双极板、单极板极板或膜电极的密封压合;
气路结构,与密封压合于上工作台和下工作台之间的双极板、单极板或膜电极配合连接后进行外泄漏、和/或腔室间串漏的气密性检测;
所述气路结构包括在主通气管路上依次设置的单向阀(20)、气体减压阀(22)、气体压力调节阀(23)和气体质量流量计(5),在气体质量流量计出气端的主通气管路上连接第一分管路(34),所述第一分管路包括并联设置的第一支路(341)、第二支路(342)和第三支路(343),在第一支路上设置氢气腔入口电磁阀(24),在第二支路上设置冷却腔入口电磁阀(26),在第三支路上设置空气腔入口电磁阀(27);在气体质量流量计和气体压力调节阀之间的主通气管路上设置流量计前端电磁阀(31),在气体质量流量计和第一分管路之间的主通气管路上设置第一压力传感器(4),在第一压力传感器与气体质量流量计之间的主通气管路上设置流量计后端电磁阀(32);在流量计前端电磁阀(31)和气体质量流量计之间的主通气管路上连接第二分管路(35),在第二分管路上连接并联设置的第四支路(351)、第五支路(352)和第六支路(353),在第四支路上设置氢气腔出口电磁阀(30),在第五支路上设置冷却腔出口电磁阀(29),在第六支路上设置空气腔出口电磁阀(28);在气体压力调节阀(23)和流量计前端电磁阀(31)之间还连接一旁通管路,旁通管路的出气端连接于流量计后端电磁阀(32)和第一压力传感器(4)之间的主通气管路上,在旁通管路上设置气路旁通电磁阀(25);在气体质量流量计与流量计后端电磁阀(32)之间的主通气管路上连接第三分管路(36),在第三分管路上设置流量计后端排气电磁阀(33)。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备,其特征在于,在单向阀(20)和气体减压阀(22)之间的主通气管路上还设置一稳压罐(21)。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备,其特征在于,所述机架包括上支撑梁(1)、底座(2)和立柱(3),上支撑梁和底座分别固定于立柱两端,上工作台(6)和下工作台(7)套设于立柱(3)上;所述压力驱动结构包括电缸,电缸的缸体与上支撑梁固接,电缸的推杆与上工作台相连,上工作台的顶面与电缸的推杆经一第二压力传感器固连;
在上工作台底面设置上安装板(8),在下工作台顶面设置下安装板(9);双极板压板结构、单极板压板结构、膜电极压板机构分别与上安装板和下安装板装配实现对待检测双极板、单极板或膜电极的固定;上安装板在压力驱动结构的驱动下随上工作台沿立柱向下靠近下安装板实现对双极板、单极板极板或膜电极的密封压合。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备,其特征在于,在上工作台和下工作台的台面上均设置若干个压板固定孔,所述双极板压板结构、单极板压板结构或膜电极压板结构经压板固定孔装配固定于上工作台和下工作台上。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备,其特征在于,在机架上还设置安全光栅(16)、触控屏(19)以及用于控制设备启动和紧急停止的启动按钮(17)和急停按钮(18)。
6.根据权利要求5所述的一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备,其特征在于,在双极板下压板(11)的一侧设置氢气腔进气口(111)、冷却腔进气口(112)和空气腔进气口(113),在双极板下压板(11)的另一侧设置氢气腔出气口(114)、冷却腔出气口(115)和空气腔出气口(116);双极板下压板上的氢气腔进气口、冷却腔进气口和空气腔进气口与其上方承载的双极板的氢气腔进气口、冷却腔进气口和空气腔进气口对应;双极板下压板(11)的氢气腔进气口(111)与第一支路(341)的出气端相连,双极板下压板的氢气腔出气口(114)与第四支路(351)的出气端相连;双极板下压板的冷却腔进气口(112)与第二支路(342)的出气端相连,双极板下压板的冷却腔出气口(115)与第五支路(352)的出气端相连;双极板下压板的空气腔进气口(113)与第三支路(343)的出气端相连,双极板下压板的空气腔出气口(116)与第六支路(353)的出气端相连;
在单极板上压板(12)上对应单极板的出气孔设置单极板上压板出气口(121),在单极板下压板(13)上对应单极板的进气孔设置单极板下压板进气口(131),在单极板上压板的压合面边缘及单极板下压板的压合面边缘均设置密封垫(132);单极板下压板进气口(131)与第二支路(342)的出气端相连,单极板上压板出气口(121)与第五支路(352)的出气端相连;
在膜电极上压板(14)上对应膜电极的出气孔设置膜电极上压板出气口(141),膜电极上压板出气口延伸至膜电极上压板侧壁设置;在膜电极下压板(15)上对应膜电极的进气孔设置膜电极下压板进气口(151),膜电极上压板进气口延伸至膜电极下压板侧壁设置;在膜电极上压板的压合边缘及膜电极下压板的压合边缘均设置密封条;膜电极下压板的进气口(151)与第二支路(342)的出气端相连,膜电极上压板的出气口(141)与第五支路(352)的出气端相连。
7.根据权利要求5所述的一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备,其特征在于,所述触控屏经转动悬臂与机架相连。
8.根据权利要求1所述的一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备,其特征在于,所述氢气腔入口电磁阀、冷却腔入口电磁阀和空气腔入口电磁阀均为带排气的电磁阀。
9.根据权利要求1所述的一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备,其特征在于,在机架底端设置带轮刹的滚轮。
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