一种燃料电池双极板快速检漏装置及方法与流程

本发明涉及燃料电池，尤其是涉及一种燃料电池双极板快速检漏装置及方法。

背景技术：

燃料电池是一种能够将氢燃料及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是双极板夹设膜电极组成，燃料电池堆在运行过程中，双极板执行如下功能以维持燃料电池堆的最佳工作状态以及使用寿命：(1)电池导电体，极板两侧分别形成阴极阳极，将一个个电池单元串联以组成燃料电池堆；(2)通过流道向电极提供反应气(传质)；(3)协调水与热的管理，防止冷却介质及反应气体外漏；(4)向膜电极组件(mea)提供结构强度支持。

极板是燃料单池的关键零部件和重要组成部分，也是燃料单池系统中数量最多的零部件。双极板的失效形式往往表现在冷却腔与燃料腔或者与氧化剂腔的串漏。这往往会导致燃料串漏至冷却腔导致安全问题，或者冷却液串漏至燃料或者氧化剂腔体中止反应后者对燃料单池寿命带来极大危害。

双极板是有两片单极板经粘接或焊接形成。失效机理主要包括极板泄漏、单极板之间焊接或粘接泄漏以及双极板和膜电极之间的密封线泄漏。目前检查泄露所采用的方法为饱压测试和气体收集检测。简单说，即模仿电堆的方式，分别使用密封线实现全极板密密封，采用饱压检测压力泄漏速度或者收集气体。该方法的最大问题在于所需要的时间过长，无法实现快速批量检验。同时，该方法所使用的密封胶线较为复杂，因此对密封压力稳定性要求很高，设备鲁棒性降低。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种简单方便、灵敏度高、精度高的燃料电池双极板快速检漏装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池双极板快速检漏装置，其特征在于，包括氦气舱、缓冲舱，待检测双极板通过夹具固定，并密封双极板的冷却流体进出口，冷却流体进口连接氮气气源，冷却流体出口连接气体检测设备，通过气体检测设备检测到的氦气量判断双极板的泄露情况。

所述的夹具包括上夹板，密封件和带有紧固螺栓的下夹板，上夹板和下夹板两端均设有与双极板的冷却流体进出口相匹配的密封件，双极板置于下夹板上，再盖上上夹板，并通过螺栓将上夹板和下夹板连接固定，同时通过密封件将冷却流体进出口与位于双极板中间的冷却流道密封。

所述的下夹板两侧各设有一凹槽，凹槽内固定一可转动螺栓，上夹板两侧设有对应的凹槽，螺栓转动卡入上夹板对应凹槽内，通过螺母固定，从而将上夹板和下夹板固定连接。

所述的氦气舱与缓冲舱之间设有连通管道，并在该管道上设有氦气阀门。

所述的氦气舱连接氦气气源。

所述的缓冲舱连接真空泵。

所述的气体检测设备包括气相色谱或质谱。

一种采用所述的装置对燃料电池双极板快速检漏的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

将燃料电池双极板通过夹具夹装，然后放入缓冲舱中，再将缓冲舱抽真空；

打开氦气气源和氦气阀门，使氦气舱和缓冲舱内充满氦气，保持氦气舱内压力与缓冲仓内压力平衡；

打开氮气气源，向夹具内充入高纯氮；

通过气体检测设备检测从冷却流体出口流出的气体中是否含有氦气，从而判断双极板的泄露情况。

步骤中缓冲仓抽真空后的真空度为350～3500托。

步骤中氦气仓内的压力为50～500kpa。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明通过只密封双极板的冷却水腔接口，在极板所在的氛围中通入氦气，形成环境与冷却通道内的压力差。在冷却通道中通入载气入高纯氮等，检测出口的氦气含量，进而完成串漏检测。检测氦气所使用的工具包括气相色谱，质谱等设备。气相色谱和质谱仪的检测精度很高，非常容易检测到气体泄漏，该方法的灵敏度和精度远高于饱压测试方法。

(2)仅密封双极板冷却液出入口，大幅度简化密封要求，使实验本身仅针对于双极板，降低了检测设备带来的准确度和精度影响。

(3)整个过程装配和检测要求时间短，能够很好满足生产节拍的需求。

附图说明

图1为双极板的结构示意图；

图2为本发明夹具的结构示意图；

图3为本发明夹具夹装双极板后的结构示意图；

图4为本发明夹具夹装双板后的侧视图；

图5为本发明检漏装置的结构示意图；

图6为本发明检漏方法的示意图。

图中标号如下：

1.夹具，11上夹板，12密封件，13.下夹板；2.双极板，21.燃料进口，22冷却流体进口，23氧化剂进口，24氧化剂出口，25冷却流体出口，26燃料出口；3.氦气舱；4.缓冲舱；5.氦气阀门；6.双极板密封槽；7.真空阀门；8.夹具进气阀门；9.夹具出气阀门；10.真空泵；101氦气气源；102氦气进气阀门；103氮气气源；104气体检测设备。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所述，一种燃料电池双极板2，由阳极板和阴极板组成，阳极板和阴极板夹设的空间为冷却流道空腔，双极板两端设有三进三出口，分别为：燃料进口21，冷却流体进口22，氧化剂进口23，氧化剂出口24，冷却流体出口25，燃料出口26，双极板表面设有双极板密封槽6。

为检测上述双极板的密封性能，设计了专用夹具1，其结构如图2～3所示，包括上夹板11，密封件12和带有紧固螺栓的下夹板13，上夹板11和下夹板13两端均设有与双极板的冷却流体进出口相匹配的密封件12，双极板置于下夹板13上，下夹板13两侧各设有一凹槽，凹槽内固定一可转动螺栓，上夹板11两侧设有对应的凹槽，下夹板13和上夹板11相对设置，螺栓转动卡入上夹板11对应凹槽内，从而将上夹板11和下夹板13固定连接，并通过螺栓将上夹板11和下夹板13连接固定，同时通过密封件12将冷却流体进出口与位于双极板中间的冷却流道密封。

进行快速检漏时，方法如下如图5～6所示：

1、将燃料电池双极板2通过夹具1夹装，然后放入缓冲舱4中，封闭缓冲舱后，打开真空阀门7，通过真空泵10，将缓冲舱4抽真空至真空度为700托；

2、打开氦气气源101的氦气进气阀门102和连通氦气舱3和缓冲舱4的管道上的氦气阀门5，使氦气舱3和缓冲舱4内充满氦气，保持氦气舱3内压力与缓冲舱4内压力平衡；氦气舱3内的压力为100kpa；

3、打开氮气气源103的夹具进气阀门8，以及与气体检测设备104连接的夹具出气阀门9，向夹具1内充入高纯氮，完全稀释双极板内部冷却通道所在腔体的已有空气，形成氮气氛围，并通过开通的夹具出气阀门9排出至气体检测设备104；

4、由于夹具内氮气与外部气体的压差作用，氦气压力高于氮气，如果双极板泄漏，氦气会进入夹具内，从而随高纯氮进入气体检测设备104，通过气体检测设备104质谱仪检测从冷却流体出口流出的气体中是否含有氦气，从而判断双极板的泄露情况。

实施例2

一种燃料电池双极板快速检漏方法，包括以下步骤：

1、将燃料电池双极板通过夹具夹装，然后放入缓冲舱中，封闭缓冲舱后，打开真空阀门，通过真空泵，将缓冲舱抽真空至真空度为2000托；

2、打开氦气气源的氦气进气阀门和连通氦气舱和缓冲舱的管道上的氦气阀门，使氦气舱和缓冲舱内充满氦气，保持氦气舱内压力与缓冲舱内压力平衡；氦气舱内的压力为250kpa；

3、打开氮气气源的夹具进气阀门，以及与气体检测设备连接的夹具出气阀门，向夹具内充入高纯氮，完全稀释双极板内部冷却通道所在腔体的已有空气，形成氮气氛围，并通过开通的夹具出气阀门排出至气体检测设备；

4、由于夹具内氮气与外部气体的压力差作用，氦气压力高于氮气，如果双极板泄漏，氦气会进入夹具内，从而随高纯氮进入气体检测设备，通过气体检测设备质谱仪检测从冷却流体出口流出的气体中是否含有氦气，从而判断双极板的泄露情况。

实施例3

一种燃料电池双极板快速检漏方法，包括以下步骤：

1、将燃料电池双极板通过夹具夹装，然后放入缓冲舱中，封闭缓冲舱后，打开真空阀门，通过真空泵，将缓冲舱抽真空至真空度为3000托；

2、打开氦气气源的氦气进气阀门和连通氦气舱和缓冲舱的管道上的氦气阀门，使氦气舱和缓冲舱内充满氦气，保持氦气舱内压力与缓冲舱内压力平衡；氦气舱内的压力为400kpa；

3、打开氮气气源的夹具进气阀门，以及与气体检测设备连接的夹具出气阀门，向夹具内充入高纯氮，完全稀释双极板内部冷却通道所在腔体的已有空气，形成氮气氛围，并通过开通的夹具出气阀门排出至气体检测设备；

4、由于夹具内氮气与外部气体的压力差作用，氦气压力高于氮气，如果双极板泄漏，氦气会进入夹具内，从而随高纯氮进入气体检测设备，通过气体检测设备质谱仪检测从冷却流体出口流出的气体中是否含有氦气，从而判断双极板的泄露情况。