專利名稱：兼具測試材料縱向和橫向透氣度的測試夾具和測試儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種儀器，是一種同一裝置能兼測透氣性材料的
橫向(in-plane)和縱向(through-plane)氣體透過能力的測試儀。
背景技術：
質子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種直接將化學能轉變為電能 的發電裝置。由于該發電過程不受卡諾循環限制而使其能量轉化效率 高；又因對環境友好，完全可以做到零排放等優點，使得其發展越來 越受到全世界各國政府和科技工作者的關注。
膜電極(MEA)作為PEMFC的核心組件，在燃料電池系統中起著最主 要和關鍵的作用，其中氣體擴散層(GDL)又是MEA的關鍵材料之一。氣 體擴散層(GDL)在燃料電池中起著支撐、導氣、導水、導熱、導電等 作用。擴散層的透氣性好壞直接影響到GDL的導氣和導水的功能。氣 體(氫氣、空氣和水蒸氣)會在一定氣壓下從氣體擴散層GDL的一面 滲透進入碳紙內部， 一部分氣體會直接垂直穿透碳紙(即 through-plane)到達催化層或者排放，而另一部分氣體會在碳紙內 部作橫向流動(即in-plane)。而這兩種氣體流動方式直接影響到燃 料電池的氣體補給情況；如果流動性好，則反應正常，燃料電池能正 常發電；如流動性差，則導致反應的不連續或反應程度不夠，則燃料 電池不能按照所要求的那樣正常為外界提供電能。透氣性的好壞還關 系到陰極反應生成的水的排放情況，如果生成的水不能及時排放，會引起MEA嚴重的水淹后果，而導致電池的徹底損壞。因此在組裝MEA 之前對氣體擴散層(GDL)的透氣性能的測試和評價就變得尤為重要。
當前市場上銷售的透氣性測試儀普遍價格昂貴，測試時間長， 誤差比較大。最為普遍的測試儀器要數Gurley的系列產品，但該系列 產品誤差比較大，受環境影響大，對透氣性不是很好的材料進行測試 時，測試時間超長，且進氣氣體壓力很難調整、改變或改變程度不大， 不能很好地模擬GDL在燃料電池中使用時的壓力情形。
中國專利文獻CN201072373Y、 CN101126695A公開的透氣度測試 儀，其核心是采用兩個夾具，兩個夾具上設置凹面和對應的凸起，以 及位于凹面和凸起中心處的通孔，將待測的碳紙放于凹面內，利用凸 凹配合將碳紙定位和夾緊； 一個夾具接鋼瓶和壓力表， 一個接質量流 量計，通過測量單位時間內一定壓力下氣體流量來計算滲透系數，結 構簡單、使用方便。但這種測試儀只能做到測試縱向(through-plane ) 的透氣性情況。
實用新型內容
本實用新型的目的在于對上述專利文獻中所述測試儀進行改進， 從而提供一種新型的透氣度測試夾具，不但兼具測試縱向透氣度和橫 向透氣度，而且結構簡單、測試方便快捷。
本實用新型采用如下技術方案 一種兼具測試材料縱向和橫向 透氣度的測試夾具，包括上壓板和下壓板。所述上壓板的側面設有一 進氣孔，上壓板下表面有一平面且該平面中心設有一個與所述進氣孔 相通的出氣孔。在下壓板上表面與上壓板上的所述平面相對的位置同樣有一平面，且該平面中心位置設有與上壓板中心出氣孔位置完全吻 合的進氣孔，在該下壓板側面設有一個與前述下壓板上的進氣孔相通 的出氣孔。上壓板下表面與下壓板上表面相對的平面構成待測材料的 夾持面，且在夾持有待測材料時上壓板與下壓板之間有與周圍環境相 通的徑向通道。在上壓板與下壓板之間圍繞所述夾持面設有一個環形 密封圈，將待測材料放置區域從四周密封以切斷所述徑向通道，且該 密封圈與下壓板上的進氣孔成同圓心排列。
本實用新型還提供一種兼具測試材料縱向和橫向透氣度的測試 儀，包括高壓氣瓶，精密體積流量計，以及由上壓板和下壓板構成的 夾具；所述上壓板的側面設有一進氣孔，它通過所述精密體積流量計 與所述高壓氣瓶相連，上壓板下表面有一平面且該平面中心設有一個 與所述進氣孔相通的出氣孔。下壓板上表面與上壓板上的所述平面相 對的位置同樣有一平面，且該平面正中心位置設有與上壓板中心出氣 孔位置完全吻合的進氣孔，在下壓板側面設有一個與該下壓板進氣孔 相通的出氣孔，出氣孔安裝有閥門或者三通快插接頭，所述三通快插 接頭剩余的兩出氣孔連有一塑料氣管。上壓板下表面與下壓板上表面 相對的平面構成待測材料的夾持面，且在夾持有待測材料時上壓板與 下壓板之間有與周圍環境相通的徑向通道。在上壓板與下壓板之間圍 繞所述夾持面設有一個環形密封圈，將待測材料放置區域從四周密 封，且該密封圈與下壓板上的進氣孔成同圓心排列。
在上述夾具和測試儀中，構成夾持面的上壓板與下壓板上相對的 平面可以采用如中國專利文獻CN201072373Y、 CN101126695A的方案，設置在凹面和凸起上，但這樣需要在下壓板上設置徑向溝槽以形成徑 向通道與該凹面相通，或者上壓板以及下壓板上的夾持面均為一個凸 起的頂面，以便在測橫向透氣性時使空氣能夠沿材料徑向跑出。顯然 這樣會增加加工成本和難度。最理想的方式是上壓板下表面以及下壓 板上表面均采用平面，這樣構成夾持面的平面是上壓板下表面和上壓 板上表面中心位置的一部分，當有待測材料被夾持在上壓板與下壓板 的夾持面之間時，上壓板與下壓板之間的環形間隙即構成一個徑向排 氣通道。這種方案結構最簡單，且加工最方便。
為了便于密封圈的定位，在位于所述下壓板的上表面的夾持面 周圍可以設有一道與所述下壓板上的進氣孔同圓心的圓環形溝槽。
在所述的上壓板的進氣孔以及下壓板的出氣孔上均可以安裝有 快插接頭，以便于連接導管。
所述上壓板與下壓板可以采用液壓機加壓固定，這樣其兩者之 間對待測材料的壓力可以方便地調節，在進行測試透氣度時就能模擬 氣體擴散層組裝在電堆里所受的壓力環境。
本實用新型可以測試氣體透過待測材料縱向和橫向(即徑向)的 流量，從而能夠兼具測試材料縱向和橫向透氣度的功能，而且該儀器 操作簡單方便、節省時間、經濟實惠。不僅能對燃料電池的關鍵組件
_氣體擴散層(GDL)進行透氣度的測試，還能對其他類型多孔透氣
材料進行測試。
圖1是本實用新型裝配剖視圖圖2是本實用新型上壓板剖面圖 圖3是本實用新型下壓板剖面圖具體實施方式
下面通過具體實施例對本實用新型作進一步的詳細描述，以助于 理解本實用新型的內容。
如圖l所示示意圖，是本實用新型提供的一種兼具測試材料縱向 和橫向透氣度的測試儀的實施方式，包括由上壓板1和下壓板2構成的 夾具。同時參照圖2和圖3所示，上壓板1的側面設有一進氣孔5，它通
過一個精密體積流量計(圖中省略)與一個高壓空氣瓶(圖中省略) 相連。上壓板1下表面為一平面且該平面中心設有一個與進氣孔5相通 的出氣孔7。下壓板2上表面與上壓板上的平面相對的位置也為一平 面，且該平面正中心位置設有與上壓板中心出氣孔7位置完全吻合的 進氣孔6。在該下壓板側面設有一個與前述進氣孔6相通的出氣孔8， 出氣孔8安裝有快插接頭4和氣管12，氣管12接一個三通快插接頭13， 三通快插接頭13剩余的兩個出氣孔連有一塑料氣管14。上壓板下表面 與下壓板上表面相對的平面構成待測材料的夾持面，在夾持有待測材 料時上壓板1與下壓板2之間有間隙，且在上壓板1與下壓板2之間圍繞 所述夾持面設有一個環形密封圈9將待測材料放置區域從四周密封以 切斷所述徑向通道，避免氣體在徑向泄漏，且該密封圈9與下壓板上 的進氣孔6成同圓心排列。
參照圖1和圖3所示，為了便于密封圈9的定位，在下壓板2的上 表面的夾持面周圍，設有一道與下壓板上的進氣孔6同圓心的圓環形溝槽IO，用于放置密封圈9。
如圖1所示，上壓板1的進氣孔5也安裝有快插接頭3，以便于連 接導管和精密氣體流量計等。
上壓板1的進氣口與下壓板2的出氣口設置于側面，使得上壓板 上表面和下壓板下表面為平面，沒有其它部件，便于采用液壓機加壓 固定，這樣利用液壓機能模擬氣體擴散層組裝在電堆里所受的壓力 環境，測試的透氣度更接近于實用時的情形。
本使用新型可以選用氮氣通過一定壓力進入流量計后，通過上壓 板的進氣孔進入到碳紙內部，然后再經下壓板的進氣孔后從該壓板的 側面出氣孔排放出來，或者從碳紙側面排出。記錄相同的氣體壓力下， 相同流量，不同氣體擴散層GDL或同種氣體擴散層GDL在不同液壓機 壓力下氣體流過氣體擴散層GDL的時間值。由于上下壓板表面之間 有間隙，通過密封圈的使用和不使用，以及下壓板上的出氣口的打開 和關閉，可以分別控制氣體是沿待測材料徑向或橫向流動，且精密氣 體流量計是安裝在上壓板的進氣口 ，在兩種情況下均可測定氣體流 量，從而保證了測定氣體擴散層GDL的橫向和徑向透氣度。
具體工作步驟如下
(1) 結合圖1所示，將裁剪好的圓形氣體擴散層GDL小片11 放置在下壓板2進氣中心通孔6上，將圓環形橡膠密封圈9放入圓環 形溝槽IO內。
(2) 將上壓板1 (通過GDL小片11)放置到下壓板2上，保證 兩壓板位置重合。將下壓板側面出氣通孔8外塊插接頭4上連接的三通快插頭13上的塑料氣管14拔下(或在采用閥門時將閥門打開)以 排氣。再用手動液壓機緩慢加壓，直到所需的壓力為止。
(3) 打開氮氣閥門，調整到所需壓力，同時開始用秒表計時， 記錄一段時間內的氣體流量值。
(4) 利用Am/nr2t (r為上下壓板通孔半徑，Am為t時間內 的氣體流量)計算出氣體擴散層GDL11的縱向(through-plane)透 氣度。
(5) 如將下壓板2上的圓環形溝槽10內的圓環形橡膠密封圈 9拿掉，將下壓板2的出氣孔的三通快插頭13的塑料氣管14插上(或 在采用閥門時將閥門關閉)，重復上述操作步驟，由于氣體是沿GDLll 橫向流動并通過上下壓板之間的間隙排出，因此可以測試橫向
(in-plane)透氣度值。
權利要求1、一種兼具測試材料縱向和橫向透氣度的測試夾具，包括上壓板和下壓板，其特征在于所述上壓板的側面設有一進氣孔，上壓板下表面有一平面且該平面中心設有一個與所述進氣孔相通的出氣孔；在下壓板上表面與上壓板上的所述平面相對的位置同樣有一平面，且該平面中心位置設有與上壓板中心出氣孔位置完全吻合的進氣孔，在該下壓板側面設有一個與前述下壓板上的進氣孔相通的出氣孔；上壓板下表面與下壓板上表面相對的平面構成待測材料的夾持面，且在夾持有待測材料時上壓板與下壓板之間有與周圍環境相通的徑向通道，在上壓板與下壓板之間圍繞所述夾持面設有一個環形密封圈，將待測材料放置區域從四周密封以切斷所述徑向通道，且該密封圈與下壓板上的進氣孔成同圓心排列。
2、 如權利要求1所述的夾具，其特征在于所述上壓板下表面 以及下壓板上表面均采用平面。
3、 如權利要求1所述的夾具，其特征在于在位于所述下壓板 的上表面的夾持面周圍設有一道與所述下壓板上的進氣孔同圓心的 圓環形溝槽，用于放置所述密封圈。
4、 如權利要求1所述的夾具，其特征在于所述的上壓板的進 氣孔以及下壓板的出氣孔上均安裝有快插接頭。 」
5、 如權利要求1所述的夾具，其特征在于所述上壓板與下壓 板采用液壓機加壓固定。
6、 一種兼具測試材料縱向和橫向透氣度的測試儀，包括高壓氣瓶、精密體積流量計、以及由上壓板和下壓板構成的夾具，其特征在 于所述上壓板的側面設有一進氣孔，它通過所述精密體積流量計與 所述高壓氣瓶相連，上壓板下表面有一平面且該平面中心設有一個與 所述進氣孔相通的出氣孔；下壓板上表面與上壓板上的所述平面相對 的位置同樣有一平面，且該平面正中心位置設有與上壓板中心出氣孔 位置完全吻合的進氣孔，在下壓板側面設有一個與該下壓板進氣孔相 通的出氣孔，出氣孔安裝有閥門或者三通快插接頭，所述三通快插接 頭剩余兩出氣孔連有一塑料氣管；上壓板下表面與下壓板上表面相對 的平面構成待測材料的夾持面，且在夾持有待測材料時上壓板與下壓 板之間有與周圍環境相通的徑向通道，在上壓板與下壓板之間圍繞所 述夾持面設有一個環形密封圈，將待測材料放置區域從四周密封，且 該密封圈與下壓板上的進氣孔成同圓心排列。
7、 如權利要求6所述的測試儀，其特征在于所述上壓板下表 面以及下壓板上表面均為平面。
8、 如權利要求6所述的測試儀，其特征在于在位于所述下壓 板的上表面的夾持面周圍設有一道與所述下壓板上的進氣孔同圓心 的圓環形溝槽，用于放置所述密封圈。
9、 如權利要求6所述的測試儀，其特征在于所述的上壓板的 進氣孔以及下壓板的出氣孔上均安裝有快插接頭，用于連接導管。
10、 如權利要求6所述的測試儀，其特征在于所述上壓板與下 壓板采用液壓機加壓固定。
專利摘要本實用新型公開了一種兼具測試材料縱向和橫向透氣度的測試儀和夾具，夾具包括上壓板和下壓板，所述上壓板的側面設有一進氣孔，下表面有一平面且該平面中心設有一個與所述進氣孔相通的出氣孔；下壓板上表面與上壓板上的所述平面相對的位置同樣有一平面，且該平面中心位置設有與上壓板中心出氣孔位置完全吻合的進氣孔，在該下壓板側面設有一個與前述進氣孔相通的出氣孔；在夾持有待測材料時上壓板與下壓板之間有與周圍環境相通的徑向通道，在上壓板與下壓板之間圍繞所述夾持面設有一個環形密封圈，且該密封圈與下壓板上的進氣孔成同圓心排列。這種測試儀和夾具，能夠用于測量碳紙或其它材料的縱向和橫向透氣度，且結構簡單、使用方便。
文檔編號G01N15/08GK201425569SQ200920159898
公開日2010年3月17日 申請日期2009年6月19日 優先權日2009年6月19日
發明者齊志剛 申請人:武漢銀泰科技燃料電池有限公司